海底堆積物

海底堆積物、または海洋堆積物は、海底に蓄積した不溶性粒子の堆積物のことである。これらの粒子は、土壌や岩石に由来し陸地から主に河川を経由して海まで運搬されてきたものや、風によって運ばれた塵、氷河などによって運ばれ海に流れ込むものが含まれる。また、海洋生物や海水中の化学的沈殿物、および海底火山や隕石の残骸なども含まれている。

中央海嶺の数km近辺などの火山岩が多く見られる例外的な場所を除いて、海底の大半は堆積物によって覆われている。堆積物を構成する成分の由来源は複数あり、その組成は非常に多様である。海底の堆積物の厚さは、数mmから数十kmに及ぶ。海底堆積物は海面近くでは未固結のままであるが、数百mから数千mの深さでは水圧のため堆積物が石化する。

堆積物の蓄積速度は、海洋の大部分では非常に遅く、明確な堆積物の層が形成されるまでに数千年もの時間がかかる。陸地から運ばれた堆積物は最も速く蓄積し、粗い粒子の場合は1000年あたり1m以上の速度で堆積することもある。また、流量の多い大河川の河口付近などでは、堆積速度がさらに桁違いに早くなる可能性がある。一方で、生物起源の軟泥などは 1000年に約1cm程度の速度で蓄積し、小さな粘土粒子に至っては1000年に約1mm程度の速度で堆積する。

陸地からの堆積物は、地表流出、河川流出、およびその他のプロセスによって大陸斜面に堆積し、さらに濁流によって大陸斜面から深海底まで運ばれる。そして深海底に蓄積された堆積物は、中央海嶺から広がるプレートの動きに従って、地球の内部にゆっくりと沈み込んでいく。内部に取り込まれた堆積物は溶融し、その一部は溶岩流や熱水噴出孔から放出されることで再び地表へと戻る。

堆積物は、多数の底生海洋生物、特に海洋微生物にとって重要な生息場所となっている。堆積物の化石には、過去の気候、プレートテクトニクス、海洋循環パターン、主要な絶滅のタイミングなどに関する情報が含まれており、学術的にも重要な研究題材である。

1. 概要
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比較的若い火山岩によって構成される中央海嶺の数km近辺といった若干の例外を除いて、海底のほとんどの部分は堆積物で覆われている。堆積物を構成する物質の由来は様々であり、大陸への近さや水深、海流、生物活動、気候などに応じて組成が大きく異なる。海底堆積物  の厚さは、数mmから数十kmに及ぶ。表面近くでは、海底堆積物は未固結のままであるが、堆積物の種類やその他の要因によって異なるものの、数百から数千mの深さで 堆積物は石化する。海底堆積物の由来は次のように要約できる。

陸生堆積物：河川、風、海流、氷河によって運ばれる大陸源に由来する。石英、長石、粘土鉱物、酸化鉄、陸生有機物などが主要な成分である。
遠洋性炭酸塩堆積物：海洋に生息する生物に由来し、方解石などの炭酸塩鉱物が多く含まれる殻が主な成分。
遠洋性珪質堆積物：シリカ  から殻を作る海洋生物  に由来する。
火山灰やその他の火山物質：地上と海底の両方の噴火に由来する。
鉄とマンガンの団塊：海底水から直接沈殿物として形成される。これらの物質の海域分布は、この記事の冒頭の図に示したとおりである。陸生堆積物は、大陸の近くや内海、大きな湖の中などで優勢である。これらの堆積物を構成する粒子は比較的粗い傾向があり、通常は砂とシルトを含むが、場合によっては小石や玉石が含まれる。粘土は沿岸環境に定着するものもあるが、多くは海流によってその発生源から遠く離れた場所へと分散する。粘土鉱物は、深海の広い地域で優勢であり、この粘土のほとんどは大陸起源である。珪質軟泥  は、南極地域や太平洋の赤道沿い、アリューシャン列島の南、インド洋の大部分などでよく見られる。炭酸塩の滲出物は、赤道および中緯度地域内のすべての海洋に広く分布している。実際、粘土は海のいたる場所の堆積物で観察されるが、シリカと炭酸塩を生成する生物が豊富な海域では、粘土以上に多くのシリカや炭酸塩を含む堆積物を生成する。

炭酸塩堆積物は、炭酸塩から殻を作る、海洋表層で広範囲に存在する遠洋生物に由来する。これらの小さな殻や、砕けたときに形成されるさらに小さな破片は、水柱を通ってゆっくりと沈降するが、必ずしも底に到達するとは限らない。これは、方解石は地表の水には溶解しないが、その溶解度は深さ  とともに増加するため、4,000m付近では炭酸塩の破片は海水中へと溶解するためである。この水深は炭酸塩補償深度として知られており、緯度と水温によって変化する。その結果、海の最も深い部分  には炭酸塩の滲出は見られないが、大西洋中央海嶺や東太平洋海膨  、ハワイ天皇海山群 、および多くの孤立した海山の頂上などの浅海域ではよく見られる。

2. 堆積物組織
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堆積物の組織の評価方法にはいくつかの種類がある。

一つ目は粒度であり、粒度階区分に従って粒子サイズで分類することができる。例えば、粘土は粒径が 0.004mm未満の最も細かいものを指し、巨礫は最大で粒径は 256mm以上のものを指す。粒子サイズは他の因子と比較して、堆積物が堆積する条件を最もよく説明できる。例えば強い流れや波などの高エネルギーが存在する条件下では通常、細かい粒子が運び去られてしまうため、大きな粒子のみが堆積する。逆により低いエネルギー条件下では、より小さな粒子が沈降し、より細かい堆積物を形成する。2つ目は粒子サイズの分布であり、堆積物のテクスチャを分類し粒子サイズの均一性から評価される。砂浜の砂のようにすべての粒子が同様のサイズである場合、堆積物はよく選別されていると言えるが、逆に例えば氷河堆積物のように粒子サイズが様々である場合、堆積物の選別が不十分であると言える。

3 つ目の方法は、その成熟度、すなわちその粒子が水によって運ばれた時間の影響を調べることである。この成熟度を示す 1 つの方法は、粒子の丸さを調べることである。堆積物が成熟すればするほど、時間の経過とともに摩耗し、その結果粒子が丸くなる。また、時間の経過とともに小さな粒子が洗い流され、同じサイズの粒子が同じ距離にわたって移動してくるため、高度な選別がかかる可能性もある。また、少なくとも岩石粒子に由来する堆積物では、堆積物が古く成熟しているほど石英の含有量が高くなる。クォーツは地球の岩石によく見られる鉱物であり、非常に硬く、摩耗に強い。そのため時間の経過とともに、他の材料でできた粒子がすり減り、クォーツだけが残る。浜の砂は非常に成熟した堆積物であり、主に石英で構成されており、粒子は丸みを帯びており、同様のサイズ である。

3. 起源
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海底堆積物は、その起源によっても分類することができる。次の 4 つのタイプが挙げられる。

陸生堆積物：岩石に由来し、川、氷、風、およびその他のプロセスを介して陸地からもたらされる。大半が陸地に由来するため、陸生堆積物と呼ばれる。
生物起源堆積物：海洋生物の残骸で構成されており、プランクトンなどの生物の外骨格が壊れることで発生する。
海水源堆積物：海水中での化学反応から生じ、水に溶解している物質が沈殿して固体粒子を形成するときに形成される。
宇宙起源堆積物：宇宙から来たり、大気を通過したり、隕石に乗って地球に運ばれたりする、地球外の源に由来する。

3.1. 陸生堆積物
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陸生堆積物は、主に海に流れ込んだ既存の岩石の小さな破片で構成されている。これらの堆積物には、微視的な粘土から大きな岩まで、あらゆる範囲の粒子サイズが含まれている可能性があり、大半の海底で見られる。岩石堆積物は、風雨、水流、温度や氷結による亀裂、およびその他の侵食プロセスの作用により、岩石や鉱物がより小さな粒子に分解される風化のプロセスを通じて、陸上で作成される。これらの侵食された小さな粒子は、さまざまなメカニズムを通じて海へと運ばれる。

河川：河川を通じて、岩石や砂などがより細かい粒子となり運ばれ、大量の堆積物として海洋に堆積する。海洋の岩石性堆積物の約 90% は、河川の流出物、特にアジアからのものであると考えられている。この堆積物の大半、特に大きな粒子は、堆積して海岸線の近くに留まるが、小さな粘土粒子は長期間水柱に浮遊したままになり、発生源から遠く離れた場所に運ばれる可能性がある。
風：風成輸送により、砂やほこりなどの小さな粒子は、発生源から数千キロもの距離を移動する。これらの小さな粒子は、風が弱まると海に落ちたり、雨滴や雪片を形成する核として機能する。風輸送は、砂漠地帯の近くで特に重要なプロセスである。
氷河とアイスラフティング：氷河が陸地を進むに従い、非常に大きな岩を含む大量の土や岩の粒子が運ばれ、氷河が海に入り崩壊したり融解することによって、これらの粒子が海洋へと放出され堆積する。ほとんどの堆積物は、氷河が水に接する場所の近辺で発生するが、少量の物質はラフティングによって長距離輸送され、大きな氷片が氷河から遠くへと漂流した後に堆積物を放出する。
重力: 地滑り、土砂崩れ、雪崩、およびその他の重力による事象は、海岸近くで発生すると、大量の物質が海に流れ込み堆積する。
波: 海岸線に沿った波の作用は、岩を侵食し、浜辺や海岸線から水中へと遊離した粒子を輸送する。[[ファイル:Pyroclastic_flows_at_Mayon_Volcano.jpg|リンク=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/73/Pyroclastic_flows_at_Mayon_Volcano.jpg/220px-Pyroclastic_flows_at_Mayon_Volcano.jpg|サムネイル| 1984年、フィリピンのマヨン火山が噴火。火山噴火から噴出した物質の多くは、最終的に海に流れ込む可能性がある。]]
火山: 火山の噴火は、大量の灰やその他の残骸を大気中に放出する。灰は風によって運ばれ、最終的に海に堆積する。
胃石: 岩石質の堆積物を海に運ぶもう 1 つの比較的マイナーな手段は、胃石である。 海鳥、鰭脚類、一部のワニを含む多くの動物は、故意に石を飲み込み、吐き出す行動をとる。陸上で飲み込んだ石は、海で吐き出される可能性がある。石は、胃の中で食物を粉砕するのを助けたり、浮力を調整するバラストとして機能する。大抵の場合、これらのプロセスは、岩質堆積物を海岸近くに堆積させることに繋がる。その後、堆積物粒子は波と海流によってさらに遠くまで運ばれ、最終的には大陸棚を越えて深海底に到達する可能性がある。 構成岩成堆積物は通常、それらが由来する元々の物質の組成を反映している、そのため、石英、長石、粘土鉱物、酸化鉄、および陸生有機物などの、地球の岩石を構成する主要な鉱物によって構成されている。石英 は、ほぼすべての岩石に見られる最も一般的な鉱物の 1 つであり、摩耗に非常に強いため、砂を含む岩石堆積物の主要な成分である。

3.2. 生物起源堆積物
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生物起源堆積物は、生物が死んだときに沈降する生物の残骸に由来する。堆積物に寄与するのは生物の「硬い部分」であり、例えば貝殻、歯、骨格要素などである。これらの部分は通常ミネラル化されており、死後に急速に劣化する肉質の「柔らかい部分」よりも腐敗しにくい。

巨視的な生物起源堆積物ものとしては、大型生物の骨格や歯、殻などの遺物も含むと考えることができる。このタイプの堆積物は、海洋の大部分でかなりまれである。なぜなら、このような大型生物は一般に、これらの残骸が堆積し蓄積するのに十分な密度で死ぬことはないからである。ただし、1 つの例外として、サンゴ礁が挙げられる。この環境で、その遺体を残す生物が非常に豊富に存在しており、実際に熱帯の砂の大部分を占める成分でもある。

微視的な生物起源堆積物は、微生物の硬い部分、特にその殻で構成されている。一つ一つは非常に小さいものの、これらの生物は非常に豊富に存在し、毎日数十億個体も死んでいくため、大量の殻が海底へと沈み生物起源の堆積物を作り出している。微視的な殻で構成された堆積物は、巨視的な粒子による堆積物よりもはるかに豊富であり、そのサイズの小ささのため、きめの細かいどろどろした堆積物層を作り出す。堆積層が少なくとも30%の微視的な生物起源物質で構成されている場合、それは生物起源の軟泥として分類される。このような堆積物の残りの部分は、多くの場合、粘土で構成される。 {{Quote box|title=堆積物の解析による古気候の推定|quote=生物起源の堆積物は、酸素同位体比から過去の気候史を推測することができるため重要である。酸素原子は、海水中に 3 つの形態、すなわち O16、O17、 O18 ）