地球システムの化学　環境･資源の解析と予測

目次

はしがき ３
１　地球システムとは １３

１−１

 地球システムの不均一性 １３

１−２

 地球表層システム内の相互作用 １５

１−３

 自然−人間社会システム（資源と環境） １８

１−４

 自然システムの解析手法 ２４

２　化学平衡論 ２６
２−１ 化学平衡モデル ２６
２−２ 固相−水溶液相系における固相の安定性 ２８
２−３ 多成分不均一系の解析 ３３
２−４ 地熱水の化学組成 ３４
２−５ 地下水の化学組成 ３９
２−６ 酸化還元条件 ４６

2-6-1
 　酸素分圧−ｐH図 ４６

2-6-2
 　H-S-O系 ４８

2-6-3
 　Fe-S-O-H系 ４９

2-6-4
 　熱水性鉱床の酸化還元条件の推定 ５１
２−７ 鉱物の溶解度 ５３

2-7-1
 　酸化物、水酸化物 ５４

2-7-2
 　珪酸塩鉱物 ５６

2-7-3
 　硫化鉱物 ６０
２−８ レイリー分別 ６９

３　部分化学平衡 ７１
３−１ 水溶液−岩石反応 ７１
３−２ 熱水変質帯 ７４
３−３ 水−岩石反応における酸素同位体組成の変化 ７６
３−４ 液相−気相分離と沸騰に伴う鉱物の生成 ７７

3-4-1
 　１段階沸騰 ７９

3-4-2
 　多段階沸騰 ８０
３−５ 水溶液の混合による鉱物の沈殿 ８１
３−６ 熱水−海水混合による鉱床の生成 ８６

3-6-1
 　海嶺熱水性鉱床 ８６

3-6-2
 　黒鉱鉱床 ８７
３−７ 熱水−酸性水･地下水混合と金鉱床の生成 ８９

４　物質移動論

９４
４−１ 物質移動の基本式 ９４
４−２ 鉱物の溶解、沈殿と反応律速 ９５

4-2-1
 　溶解･沈殿反応速度式 ９５

4-2-2
 　鉱物の溶解反応の例 １０２

4-2-2-1

 　　石英 １０２

4-2-2-2

 　　方解石 １０３

4-2-2-3

 　　ガラス １０３

4-2-2-4

 　　長石 １０４

4-2-3
 　天然の鉱物の溶解支配因子 １０５

4-2-4
 　沈殿反応メカニズム １０６

4-2-4-1

 　　シリカ １０８

4-2-4-2

 　　方解石 １０８

4-2-4-3

 　　重晶石 １１２

4-2-5
 　前駆物質と準安定相 １１２
４−３ 拡散 １１４

4-3-1
 　フィックの法則 １１４

4-3-2
 　岩石･鉱物の空隙中の拡散 １１６

4-3-3
 　液境膜内拡散 １１８

4-3-4
 　乱流拡散 １１９

4-3-5
 　分散 １２０
４−４ 流動 １２１

4-4-1
 　ダルシー則 １２１

4-4-2
 　３次元定常流解析 １２３
４−５ カップリングモデル １２４

4-5-1
 　反応−流動モデル １２４

4-5-1-1

 　　完全混合流動反応モデル １２４

4-5-1-2

 　　押し出し流れ反応モデル １２７

4-5-1-3

 　　非定常完全混合流動−反応モデルに基づく固体の溶解 １３２

4-5-1-4

 　　非定常押し出し流れ流動−反応モデル １３５

4-5-2
 　反応−拡散モデル １３６

4-5-3
 　拡散−流動モデル １３８

4-5-4
 　状態変数変化を考慮したモデル １３９

4-5-5
 　無次元量 １４０
４−６ 組織･構造･パターン形成 １４２

4-6-1
 　鉱物組織の形成 １４２

4-6-1-1

 　　フランボイダル、コロフォーム １４４

4-6-1-2

 　　デンドライト １４５

4-6-1-3

 　　構造累帯 １４５

4-6-2
 　交代組織 １４６

4-6-3
 　２成分１次元拡散−反応系にみられる化学振動 １５５

4-6-4
 　自己触媒反応 １５７

５　システム解析 １５９

５−１

 熱水系 １５９

5-1-1
 　海底熱水系 １５９
5-1-1-1 　　流入帯 １６１
5-1-1-2 　　貯留層 １６４
5-1-1-3 　　流出帯 １６６
5-1-1-4 　　チムニーおよび海底熱水性鉱床の生成プロセス １６８
5-1-1-5 　　沈殿−流動モデル １７０
5-1-1-6 　　沈降−分散モデル １７２
5-1-1-7 　　拡散−流動モデル １７４
5-1-1-8 　　溶解−再結晶モデル １７５
5-1-1-9 　　準安定相の生成 １７７

5-1-2
 　熱水系の進化 １７９
5-1-2-1 　　背弧海盆熱水系 １７９
5-1-2-2 　　陸の熱水系 １８１
5-1-2-3 　　熱水系の場と熱水性鉱床の種類 １８２

５−２

 海水組成 １８５

5-2-1
 　化学平衡と定常状態 １８５

5-2-2
 　化学平衡モデル １８７

5-2-3
 　イオン交換平衡 １８９

5-2-4
 　非平衡の原因 １９０

5-2-5
 　海水の化学組成の支配要因 １９２
5-2-5-1 　　河川水 １９２
5-2-5-2 　　鉱物の生成 １９５
5-2-5-3 　　蒸発岩の生成 １９７
5-2-5-4 　　生物作用 １９８
5-2-5-5 　　間隙水 １９９
5-2-5-6 　　低温湧水 ２０１
5-2-5-7 　　海底風化 ２０２
5-2-5-8 　　熱水 ２０２

５−３

 熱水系と海水の相違点 ２０６

６　地球化学サイクル ２０８

６−１

 一般式 ２０８

６−２

 炭素（C）サイクル ２１１
6-2-1 　短期的サイクル ２１２
6-2-2 　長期的サイクル ２１５

６−３

 硫黄（S）サイクル ２２０
6-3-1 　短期的サイクル ２２０
6-3-2 　長期的サイクル ２２１

６−４

 リン（P）サイクル ２２２

６−５

 硫黄−炭素−酸素（S-C-O）サイクル ２２４

６−６

 地球表層−地球内的システム間物質循環−グローバル地球化学サイクル ２２７
6-6-1 　グローバル二酸化炭素サイクル ２２８
6-6-2 　グローバル硫黄サイクル ２３６

６−７

 微量元素サイクル ２３８
6-7-1 　ヒ素（As） ２３８
6-7-2 　水銀（Hg) ２４３
6-7-3 　ホウ素（B） ２４４
6-7-4 　バリウム（Ba) ２４４
6-7-5 　その他の元素（黒鉱鉱床構成元素） ２４５

６−８

 島弧･背弧系における揮発性元素の濃集原因 ２４７

７　自然−人間社会システム相互作用 ２５０

７−１

 人間社会システムから大気圏へのフラックス ２５１
7-1-1 　二酸化炭素（CO2) ２５１
7-1-2 　硫黄（S) ２５２
7-1-3 　リン（P) ２５４
7-1-4 　微量元素 ２５５

７−２

 人間社会システムから水圏･土壌へのフラックスと物質移動のメカニズム ２５８
7-2-1 　酸性雨−土壌−地下水プロセス ２５９

7-2-1-1

 　　雨水−大気反応 ２５９

7-2-1-2

 　　雨水−土壌反応 ２６２

7-2-1-3

 　　地下水中の重金属元素濃度 ２６７
7-2-2 　河川水の汚染 ２７２
7-2-3 　湖沼水の汚染 ２７３

7-2-3-1

 　　湖沼水のｐH ２７４

7-2-3-2

 　　完全混合モデル ２７６

7-2-3-3

 　　１次元垂直モデル ２７９
7-2-4 　海洋の汚染 ２８０

７−３

 人間社会システムから排出された廃棄物のフィードバック ２８２
7-3-1 　放射性廃棄物地層処分 ２８２
7-3-2 　地下水移行シナリオ ２８３
7-3-3 　沈殿−流動モデル解析 ２８６
7-3-4 　ナチュラルアナログ研究 ２８９

８　まとめと今後の展望 ２９２
８−１ 地質現象モデル ２９２
８−２ 物理･数学モデル ２９３
８−３ 今後の展望 ２９５

8-3-1
 　対象･空間･時間的問題 ２９５

8-3-2
 　理論 ２９６

8-3-3
 　地球環境資源学 ２９７
参考･引用文献 ２９９
索引 ３１５