トゥファ

別名

石灰華, 水岩石(すいがんせき), 水含石(すいがんせき)

生成に必要な地質環境

新第三紀と第四紀の堆積物, 古第三紀以前の堆積物, 付加体

産状

石灰岩の表面にできるあられ石と方解石の集合。トラバーチンとともに石灰華と呼ばれる。 トラバーチンが温泉水から沈殿した熱水CO₂起源の石灰華であるのに対し、 トゥファは石灰岩と天水の反応によって生成した土壌CO₂起源の石灰華を指すことが多い。 石灰岩中の空洞に形成されたものは鍾乳石と呼ばれる。 石灰岩体近傍の湧水口付近に、タワー、ドーム、マウンド、リムプール、リムストーンなどを形成する。 中緯度の日本での堆積速度は数mm/年と見積もられているが、沖縄など亜熱帯では数十mm/年との報告もある。 シアノバクテリア (Filamentous cyanobacteria)が沈殿に関与しており、堆積速度に影響を与えていると考えられている。 天水への石灰岩の溶解は以下の過程で起きると考えられている。

土壌を通過した天水に、植物根の呼吸や微生物の有機分解による二酸化炭素が取り込まれる。

二酸化炭素に富んだ天水が石灰岩に接触し、CaCO₃を溶かし込む。

CaCO₃ + H₂O + CO₂ (土壌) = Ca²⁺ + 2HCO₃^-

この反応は、土壌と石灰岩の接触面で最も活発に起き、また天水と石灰岩の接触時間が長いほど進行し、 天水がCaCO₃に飽和するまで進行する。

この二酸化炭素とCaイオンを多く含んだ天水からの沈殿は以下の過程で起きると考えられている。

天水が大気と接触して二酸化炭素が脱ガスし、天水中の溶存二酸化炭素濃度が低下して次の反応が進む。

HCO^3- + H⁺ = H₂CO₃ = CO₂ (aq) + H₂O

これにより天水のpHが上昇し、アルカリ性になると、次の反応により炭酸イオンが生成する。

HCO^3- + OH^- = CO₃^2- + H₂O

炭酸イオンが天水中のCaイオンと結合し、方解石またはあられ石が沈殿する。

CO₃^2- + Ca²⁺ = CaCO₃ (方解石)

鉱物組み合わせ

方解石、あられ石