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Environ. Mineral. Lab. of Kanazawa Univ
フェリハイドライト・シュベルトマナイトの生成と環境親和物質としての役割
金沢大学大学院自然科学研究科
地球環境科学専攻
福士圭介
Sulfate
Environ. Mineral. Lab. of Kanazawa Univ
フェリハイドライト(Fh)
フェリハイドライト：Fe2O3・2H2O に近いストイキオメトリーをもつ。
20406080河川 土壌
XRDプロファイル
°2θ (CuKα)
天然における産状
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シュベルトマナイト(Sch)
硫酸酸性環境（酸性鉱山排
水）
天然における産状
2μm
Sulfate
シュベルトマナイト：Fe8O8(OH)6-2x(SO4)x (1<x<1.75)
SEM像
構造モデル（Bighamet al., 1990)
2μm
102030405060°2θ (CuKα)
XRDプロファイル
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Fh・Schの特徴
・特徴的な色彩。（フェリハイドライト：暗褐色、シュベルトマナイト：黄色）
・水溶液からの直接生成物。生成には微生物が関与することが多い。（田崎ら,2002; 佐々木・田崎,2001; 田代・田崎, 1999; Kawano and Tomita, 2001; Akai et al., 1999)・準安定相であり、時間とともにゲータイト・ヘマタイトへと相変化
・低結晶性であり、ナノパーティクルとして存在する。
巨大な比表面積（数100m2/g)。
・鉄から主に構成される。
地殻中に豊富に存在
独特な表面電荷特性をもつ
酸化還元反応に寄与
FhやSchは、表面吸着・酸化還元特性によって微量元素の
地球表層環境における移動に大きく介在する。
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地表水環境におけるFh, Schのfate~ ~
)
含Fe(II)鉱物
黄鉄鉱、磁鉄鉱、黒雲母、輝石、角閃石
Fh:中性環境
Sch:硫酸酸性環境
Fe (III)の加水分解
Fe(II)のFe(III)への酸化
Fe(II)含Fe(II)鉱物の溶解
ヘマタイト・ゲータイト
時間とともに結晶化。
堆積環境において微生物関与による還元溶解。グリーンラスト・磁鉄鉱・黄鉄鉱などに変化。
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表面電荷特性
4 5 6 7 8 9 10
-0.2
0
0.2
0.4
pH
Net
Sur
face
cha
rge
(mm
ol/g
)
Fh (PZC 8.8)γアルミナ(PZC 8.1)
非晶質シリカ(PZC3.5)
アルバイト(PZC 5.2)
カオリン(PZC5.1)
天然水pH
Fhの表面特性
>Fe-OH + H+ = >Fe-OH2+
>Fe-OH = >Fe-O- + H+
外圏型錯体 内圏型錯体
Schの表面特性(pH2～4, 高硫酸濃度)
+ + + H+
配位子交換
表面酸解離定数はSverjenskyand Sahai (1996) による
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微量元素の吸着は、存在割合はマイナーでも表面コート物質に支配される（Coston et al., 1995; Waychunas et al., 2000)
天然環境における微量元素の移行遅延におよぼすFhの重要性
Cs+
AsO43-
Pb2+
初生鉱物
Fhによるコーティング
有機物
水溶液から直接産し、ナノパーティクルとして存在するFhは、バルクと
して地表に豊富に存在するケイ酸塩鉱物をコートする。(Sposite, 1984; Davis and Kent, 1990)
PO43-
スメクタイト
カオリン
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0
50
100
150
200
250
300
G1 G2 G3 G4 G5 G6
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
G1 G2 G3 G4 G5 G6
Oxalate soluble Fe (mg/g)
As content (mg/g)群馬県西ノ牧鉱山に産する鉄質沈殿物
酸性鉱山排水環境におけるSchによるAsの濃集
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As(V)を吸着したSchの安定性 -ゲータイト化の抑制-
吸着元素の放出
Fh, Sch 結晶性鉄鉱物
102030405060 102030405060 102030405060 102030405060 102030405060
0.0 mmol/g
0.2 mmol/g
0.4 mmol/g
0.6 mmol/g0 day 14 day 30 day 60 day 90 day
Degree 2θ CuKα
・吸着種の滞在時間を長期化させる。
・長期的な微量元素のトラップとなる
吸着により安定性が変化
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低結晶性鉄鉱物-微生物相互作用と微量元素移動への影響
鉄還元細菌による低結晶性鉄鉱物の還元
Corganic + 4Fe(OH)3 + 8H+ = CO2 + 4Fe2+ + 10H2O
Fh, Sch
Fe2+, 吸着微量元素
グリーンラスト・磁鉄鉱など
放出(e)
微生物が触媒する還元 (a)
Cr(VI)
Cr(III)
還元固定(c
還元固定(d)
As(III)Se(VI) Se(0)
U(VI)
U(IV)還元固定(b)
青:移動性大
黒:移動性小
(f)
a)Lovely et al (1991)b)Wielinga et al (2000)c)Wielinga et al (2001)d)Myneni et al (1997)e)Insleep et al(2002)f)Fredrickson et al., (1998)
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まとめ
・フェリハイドライトやシュベルトマナイトはその表面特性から、地球表層環境における微量元素、特に陰イオン種の移行に大きな影響を及ぼす。
・フェリハイドライトやシュベルトマナイトは準安定鉱物であるが、吸着プロセスによってその安定性を変化させる。この特性は地球表層環境におけるこれらの鉱物の長い滞在時間をもたらす。
・鉄の酸化還元特性に関係する低結晶鉄鉱物-微生物相互作用は、酸化還元センシティブな微量元素の還元環境における挙動に大きな影響を及ぼす。
・極めて一般的な元素である鉄の低結晶性準安定相の地球化学的挙動とfateによって、地球表層環境における多くの微量溶存元素の挙動が決定される。
