クエリ: 地殻において一番多い金属は何ですか
文章: 元素 地球全体の元素構成は、コアやマントルを直接調査できないため、隕石(コアとしての隕鉄、マントルとしてのアコンドライト)の分析や地震波から各層の弾性率・密度等の解析を組み合わせて推計される。これによると存在比で酸素が最も多く、宇宙に多い水素やヘリウムの比率は低い。金属類も多く、ケイ素、マグネシウム、鉄などが上位を占める。なお、硫黄は硫化鉄状で広範囲に分散しているため、存在比がはっきり分かっていない。 地殻を構成する主たる元素は、古典的な研究成果として質量比で示されるクラーク数が広く知られている。酸化物として地殻に、水として水圏に、そしてガスとして大気圏に存在する酸素が全球の存在比と同じく最も多い。違いはマグネシウムやニッケルが少なく、水素やナトリウムおよびアルミニウムが多い点がある。 人間の体を構成する元素は、水をつくる水素と酸素が圧倒的に多い。その存在比は海水との相関性が指摘されている。ただし、唯一の例外はリンであり、また人体は微量ながら酵素の活性に必要な微量元素が使われている。
文章: カリウム カリウムの単体金属は激しい反応性を持つ。電子を1個失って陽イオンKになりやすく、自然界ではその形でのみ存在する。地殻中では2.6 %を占める7番目に存在量の多い元素であり、花崗岩やカーナライトなどの鉱石に含まれる。塩化カリウムの形で採取され、そのままあるいは各種の加工を経て別の化合物として、肥料、食品添加物、火薬などさまざまな用途に使用されている。 銀白色の金属で、常温・常圧で安定な結晶構造は体心立方構造(BCC)である。比重は0.86で水より軽く、リチウムに次いで2番目に比重の軽い金属である。融点は63.7 °C、沸点は774 °C。ナイフで簡単に切れる軟らかい金属である。 カリウムの電子配置は[Ar] 4sであり、電子を1つ失うことで非常に安定なアルゴンと同じ希ガス型の電子配置となる。そのため、カリウムの第1イオン化エネルギーは418.8 kJ/molと非常に低く、容易に電子を1つ失いKの陽イオンとなる。対照的に、電子を2個失えば安定な希ガス型の電子配置が崩れるため、第2イオン化エネルギーは3052 kJ/molと非常に高く、+2価の酸化状態の化合物は容易には形成されない。このようにカリウムは1価の陽イオンに非常になりやすい性質を有しているが、アルカリドイオンのKも知られている。 文章: ラクイラ地震 イタリアは同じヨーロッパのギリシャやトルコと同様に地震の多い国であり、古代・中世以降の地震被害の記録が数多く残されている。とくにラクイラを周辺とするアペニン山脈沿いの地域ではとくに地震が多く、アマトリーチェ地震 (1639年)なども起きている。イタリアで地震が多いのは、端的に言えばユーラシアプレートとアフリカプレートの境界部分にあたり断層が多いためであるが、この地域は地質構造が日本以上に複雑で、単純なプレートの沈み込みなどでは説明できない。イタリアでは、中生代以降の地殻変動により現在のイタリア半島西岸に当たる地殻が今のコルシカ島付近から東に移動してきた。この地殻の東縁では古期地中海に当たる海洋プレートがこの地殻(アフリカプレート)に向かって沈み込み、付加体や火山帯を作りながら、現在のイタリア半島東岸に当たる地殻へと接近していった。やがて両者が衝突すると沈み込みは緩んで衝突・圧縮に変わり、アペニン山脈を形成した。現在のイタリアの地震の分布をみると、アルプスの南西端からアペニン山脈へと長い弓のように連なっており、山脈と地震帯が一致している。 ただ、この説明通りにいくと地震は圧縮力による逆断層型の地震になってしまうが、実際は引っ張りによる正断層型の地震が起きている。この原因として、古代の活動と現在の活動が違ったものになっていることが挙げられる。現在この地域の地殻変動は、カラブリア半島-シチリア島-アトラス山脈とつながる曲がりくねった海溝の沈み込み運動と、それに伴う背弧海盆であるティレニア海の拡大運動が主役となっている。この影響でヨーロッパの大地殻にくっついた不動のイタリア東岸に対して、イタリア西岸がティレニア海側に引っ張られていわば「古傷」であった逆断層を正断層として動かしている、との見方がある。観測されている断層の向き(北西-南東方向に長い)と断層の移動方向(北東-南西方向の引張力による正断層)はこれに当てはめると説明がつく。 文章: 地熱 地熱の発生源は地球の中心部。地球内部は 外から順に、固体岩石の地殻、マントル、鉄やニッケルを主成分とする溶融金属でできた外核、鉄やニッケルを主成分とする固体金属の内核に分かれている。 発生している総地熱量は約35テラワットと推定され、地球が太陽から放射で受け取るエネルギーの約12,500とされている。 文章: 地球の地殻 地球の地殻には二種類ある。 地殻の平均的な厚みは約15-20kmである。 大陸地殻と海洋地殻は両方ともその下のマントルより密度が低いため、どちらの地殻もマントルの上に「浮かんで」いる。大陸地殻の表層は海洋地殻の表層よりも有意に高くなっているが、これはより厚くて低密度な大陸地殻のほうが浮力もより大きくなるためである(アイソスタシーの成立例)。その結果、大陸は深海盆に囲まれた高い大地を形成する。 文章: 洪水玄武岩 洪水玄武岩は、数百回以上と想定されている、繰り返し発生した噴火で形成されたと考えられている。すなわち流動性が良く薄く拡がる玄武岩質熔岩が何度も繰り返し噴火した結果、現在見られるような高大な台地や高原を作ったとのシナリオである。その根拠として、洪水玄武岩内の熔岩流を1枚ずつ分析すると、それぞれが必ずしも同一成分で無い場合が多い点が挙げられる。更にマントルを構成する鉱物群とは、かなり異なった成分の熔岩が各地で検出された。これらを総合して考えると、洪水玄武岩は、マントル自体が融解したマグマが一気に噴火して形成されたわけではないと考えられる。 恐らく、プレート運動で海溝からマントルに沈み込んだ海洋地殻が、マントルのホットプルームの上昇に巻き込まれ地殻の下まで上昇し、そこで圧力低下によって融解した結果、大量のマグマを生成して、それが噴出して、洪水玄武岩を形成したと説明されている。 文章: ルビジウム ルビジウムは地殻中に23番目に多く存在する元素である(地殻中の元素の存在度も参照)。おおよそ亜鉛と同程度に豊富であり、いくぶんか銅よりも普遍的である。自然での産出は、白榴石(英語版)、ポルサイト、カーナライト、チンワルド雲母などの鉱石に、酸化物として最大で1%ほど含有されている。リチア雲母は0.3%から3.5%のルビジウムを含み、商用ベースのルビジウム源として利用されている。いくつかのカリウム鉱石や塩化カリウムも、商業的に重要な量のルビジウムを含んでいる。 海水中には、平均して1 L当たり125 μgのルビジウムが含まれている。同族の他の元素と比較すると、1 L当たり408 mg含まれるカリウムより大幅に少なく、1 L当たり0.3 μg含まれるセシウムよりは大幅に多い量である。 ルビジウムはそれなりに大きなイオン半径を有しているため、「不適合元素」の1つである。マグマの結晶分化の間、ルビジウムはルビジウムより重く類似した性質を持つセシウムと共に液相に濃縮され、最後に結晶化する。したがってルビジウムおよびセシウムは、これらの濃縮過程によって形成されるペグマタイト鉱物に堆積する。ルビジウムはマグマの結晶化においてカリウムと置換するため、セシウムの場合ほど効果的には濃縮されない。ポルサイトのようにセシウム鉱床とするに十分な量のセシウムを含むペグマタイト鉱石や、リチウム鉱石であるリチア雲母は、副生物としてのルビジウム源でもある。 文章: 鉄隕石 分化した小惑星の金属核が起源と考えられている。なお、これに対し、マントルが石鉄隕石、地殻がエイコンドライトとなる。 鉱物的には、ニッケルに乏しいカマサイトとニッケルに富んだテーナイトからなる。このほか包含物もあり、鉄鉱物のトロイライト (FeS)、シュライバーサイト ((Fe,Ni,Co)3P)、コーヘナイト((Fe,Ni,Co)3C) が代表的である。軽い鉱物である石墨、ダイヤモンド、ケイ酸塩鉱物を含むこともある。ケイ酸塩の比率が高くなると、石鉄隕石に分類される。 風化に強いため、古い鉄隕石も比較的よい状態で見つかる。発見された中で最大のホバ隕石を始め、最大級の隕石はいずれも鉄隕石である。 文章: 地殻変動 地殻変動は地震の前段階の現象として地震予知とともに扱われる場合が多い。特に茂木清夫が1944年の東南海地震直前の水準測量データを検証し、地震の前には異常な地殻の変動が発生すると指摘してから、日本では地震予知を目的とした地殻変動観測が盛んに行われるようになった。 地殻変動と地震の関連性に関しては、プレート境界地震が上げられる(詳細は「プレートテクトニクス」を参照)。各プレート境界では、地殻のせり上がりや沈み込みに伴う、地殻歪が蓄積しやすい環境となっている。この地殻歪が臨界点を超えるような時、もしくはなんらかの原因で地殻歪が開放される時、地震が起こることが分かっている。 活断層と呼ばれる箇所は、プレートの伸縮によって生じた地表に近い歪の表面に現れた箇所との仮説もあり、これも地震の原因となりうる場合が多い。よって、地殻歪を観測することによって、地震予知や早期警報を出す研究が今も進められている。 文章: ウラン 現在の地球上に天然に存在している元素のうち、大量に存在しているものとしては、ウランが最も原子番号が大きく、また最も原子量も大きい元素である。元々、ウランが地球上で天然に存在している元素としては、最も原子番号が大きいとされていたが、1951年にネプツニウムが、1952年にプルトニウムが、それぞれウラン鉱石中にごくごくわずかに含まれていることが発見された。既述の通りウランの原子番号は92であるが、ウランは原子半径も大きいため、その比重(密度)は、原子番号77番付近のオスミウムやイリジウムや白金などよりも小さい(室温付近で、ウランが1cm当り19g程度であるのに対し、オスミウムとイリジウムが22.5g程度、白金が21.5g程度である)。ウランには幾つもの同位体が知られているが、その全ての同位体が放射性核種である。半減期が特に長い(寿命が長い)同位体は、ウラン238(半減期は約44億6800万年)と、ウラン235(半減期は約7億380万年)である。ウランに限らず、半減期の長い放射性核種ほど残存しやすいため、放射性同位体の存在比は、少しずつ変化している。地球上に天然に現存するウランの同位体は主にウラン238(地球のウランの約99.274%を占めている)、ウラン235(地球のウランの約0.7204%を占めている)、ウラン234(地球のウランの約0.0054%を占めている)の3種である。 ウランは地球の地殻中に化合物や海水中に多原子陰イオンの形 [ U O 2 ( C O 3 ) 2 ] 2 - {\displaystyle \mathrm {[UO_{2}(CO_{3})_{2}]^{2-}} } や [ U O 2 ( O H ) 3 ] - {\displaystyle \mathrm {[UO_{2}(OH)_{3}]^{-}} } で微量ながら広く分布している元素として知られている。ただし、地球上でウランは安定して存在し続けられないため、その存在量は減り続けている。現在の地球の地殻におけるウランの濃度は、地殻1g中に2.4μg程度であると考えられている(異なる推定値もある)。同じく、現在の地球の海におけるウランの濃度は、海水1リットル中に3.2μg~3.3μg程度である。海水中の場合、ウランは海の表層から深層まで、ほぼ一様な濃度で存在している。これに対して地中の場合、地球表層部(地殻中)のウランの濃度が高く、地球深部のウランの濃度は低いと考えられている。その根拠は、もし地中全体に1g中に2.4μgの濃度でウランが存在していた場合、ウランがα崩壊する時に放出される熱によって、地球は加熱されて温度が上昇していると見積もられているが、実際にそのような温度上昇は観測されていないことにある。地球におけるウランは、その存在量のほとんど(約10kg)が、地殻の表層付近(地表から20km以内)に存在していると言われている。このように地球では表層付近に濃縮されているのは、ウランが不適合元素であるためと説明される。なお、現在の太陽系におけるウランの原子の数の比は、ケイ素を1.00×10とした時、0.009であると推定されている。 他、一般的な重金属と同様に、ウランの場合も生体内に取り込まれると化学的な毒性を発揮するが、それに加えてウランは放射能を持つため内部被曝の原因ともなる。また、メカニズムは不明だが、ヒトの場合、特に腎臓がダメージを受けることで知られている。 文章: スカンジウム 地殻中においてスカンジウムは特に希少ではなく、その存在度は(1825)×10と予想されておりコバルトと同程度である。スカンジウムは地球上で50番目(地殻中では35番目)、太陽系中では23番目に存在量の多い元素である。しかしながら、スカンジウムは濃縮されることなくまばらに分散しているため多くの鉱石中で痕跡量しか存在していない。濃縮されたスカンジウム源としては、スカンジナビア半島やマダガスカル島で産出する希少鉱石のトルトバイタイト(英語版)やユークセナイト(英語版)、ガドリン石などが知られているのみである。トルトバイタイトでは、最大45パーセントのスカンジウムが酸化スカンジウムの形で含まれている。 スカンジウムの安定同位体は超新星爆発時に起こるr過程によって合成される。 文章: 地球 以下に、地表からの距離に応じた領域の名称を示す。境界の高度(深度)に幅があるのは、位置又は時間によって境界が変化するためである。 地球内部の構造は地表面での観測で得るしかない。その中で最も優れた方法は地震波の分析である。地震波解析によると、地球は外側から、岩石質の地殻、岩石質の粘弾性体であるマントル、金属質流体の外核、金属質固体の内核という大構造に分けられる。岩石質とはいっても、地殻とマントルでは化学組成が違う。外核と内核も金属質とはいうが、若干化学組成が異なると推定されている。 上部マントルには、地表面からの深さ100km付近に、地震波が低速になる層(低速度層、アセノスフェア)がある。この層は部分的に溶融していると考えられ、上部の相対的に冷たく硬い層とは物理的に区別される。アセノスフェアの上にあり、上部マントルの一部と地殻とから成るこの層を岩石圏(リソスフェア)という。岩石圏は10数枚のプレートと呼ばれる板に分かれている。 文章: 金属 金属(きんぞく、英: metal)とは、展性、塑性(延性)に富み機械工作が可能な、電気および熱の良導体であり、金属光沢という特有の光沢を持つ物質の総称である。水銀を例外として常温・常圧状態では透明ではない固体となり、液化状態でも良導体性と光沢性は維持される。 単体で金属の性質を持つ元素を「金属元素」と呼び、金属内部の原子同士は金属結合という陽イオンが自由電子を媒介とする金属結晶状態にある。周期表において、ホウ素、ケイ素、ヒ素、テルル、アスタチン(これらは半金属と呼ばれる)を結ぶ斜めの線より左に位置する元素が金属元素に当たる。異なる金属同士の混合物である合金、ある種の非金属を含む相でも金属様性質を示すものは金属に含まれる。 文章: 地球の地殻 地球の地殻は、地球の表層部にある薄い地殻で、地球の体積の1%にも満たない。地殻と上部マントルからなる地球の層区分リソスフェアの頂部にある構造体である。リソスフェアは複数のプレートに分割されていて、その動きが熱を地球内部から宇宙へと逃がしている。 地殻はマントルの上にあって、組成は安定している。なぜなら上部マントルが橄欖岩で出来ており、地殻よりも著しく高密度なためである。地殻とマントルの境界は、地震波速度の対比によって慣習的に定義される境界のモホロビチッチ不連続面である。 地殻の温度は深くなるにつれ上昇し、下にあるマントルとの境界部では通常約100°Cから600°Cまでの範囲内にある値に達する。地殻上部では、局地的ながら1km毎に温度が30°C上昇することもある 文章: 第8族元素 第8族元素では価電子および内殻電子の電子構造は周期により異なる。 鉄は最も広く岩石圏に分布する金属で(5.1%)、酸化物、硫化物などとして多くの岩石に含まれる、鉱石資源としては主に酸化物(赤鉄鉱、磁鉄鉱)あるいは炭酸塩(菱鉄鉱)が利用される。あるいは隕鉄の主成分はニッケル合金の単体の鉄であり、地球の核も鉄およびニッケルで構成されていると考えられている。一方、ルテニウムあるいはオスミウムは他の白金族元素と共に産出し、白金族元素は合わせて岩石圏の2×10%を占める。 単体の鉄は酸化され酸化物を形成しやすく、ニッケル同様に微粉末にすると室温で自然発火する。同じく高温で炭素、リン、硫黄と反応する。また鉄族元素単体に共通して強磁性体である。一方、貴金属であるルテニウム、オスミウムは空気酸化されにくい。また、鉄はイオン化傾向も大きく、不動態を形成しないので多くの酸と水素を生成しながらイオン化する。一方、ルテニウム、オスミウムはほとんどの酸に侵されないが、熱時に王水でイオン化し溶解する。 文章: 金属 人体は、カルシウムを含む6つの多量元素、ナトリウム、カリウム、マグネシウムを含む5つの少量元素で99.4%を構成されている。これに加え必須元素、微量元素が生命活動や酵素の活性などに使われている。 このような金属をつくる元素は宇宙の誕生とともに生成された訳ではない。ビッグバンが起こった後、当初宇宙に満ちていた元素は水素とヘリウムだけだったと考えられる。これが重力によって集まり、産まれた恒星の中でより重い元素は核融合を起こし生成された。ただし太陽程度の星では酸素までであり、より重い質量の恒星でも内部で生成される元素は鉄までに止まる。鉄よりも重い元素は超新星爆発のエネルギーを吸収して初めて核融合を成すといわれる。地球が鉄よりも重い金属元素を含み、それらを生物が生命活動に、そして人類がエネルギーとして放射性元素を利用していることは、すなわち太陽系、人類を含む生命を構成し活動を支える物質はかつて爆発し散らばった星のカケラが再集結したものであることを示し、金属の存在はそれを証明している。このことを指し、人類を始め地球生命は「星の子」 とも評される。 文明が金属を使用した太古の例では、イラクで出土した紀元前9500年頃の銅製ペンダントが見つかっている。しかしこれは天然にあった純銅をほぼそのまま利用したもので、以後続いた銅の利用は、銅が純粋な形(自然銅)で鉱石となって集まりやすく、しかも地球表面のいたるところに分布していたことが幸いした。この初期段階で利用された他の金属は、金や銀など酸素と結合しにくい貴金属に限られ、その絶対量も希少だった。