主な標本と見学コース

6.資源と鉱石
(410号室)

鉄や銅、金銀などの有用物質を含む岩石を鉱石といい、地中に鉱石が集まっている場所を鉱床といいます。人類は地下に眠る鉱石-地下資源を探し出し、近代文明を築いてきました。個々の物質の必要性は時代と共に変化しますが、資源の探査や採掘・利用などに関する科学と技術は、今後ますます重要になってくるでしょう。ここでは金属資源を中心に、主な資源はどのような鉱石から得られているか、実物を観察しましょう。

日本は、資源にとぼしい国だと言われますが、けしてそうではありませんでした。かつて、日本の主要な輸出品の1つは「銅」でした。昭和30年代まで、日本には数100もの金属鉱山があり、様々な鉱産資源を産出しました。この標本室には、日本の鉱山がまだ頑張っていた当時、現地で採集された鉱石が展示されています。これらは、日本の鉱山の“最後の輝き”であり、もはや新たに採集することは不可能です。

工業的な利用面から、鉱物資源は以下のような種類に分けられます。

金属資源

ふつう鉱物は化合物の状態で産出します。化合物を分解して金属の形で利用するものを金属資源といいます。ただし金や白金のように天然に化合物を作らず単体として産出するものもあります。

鉄鋼金属

鉄鋼金属:鉄は最も使用量の多い金属です。しかし鉄だけでは「鉄鋼」にはなりません。少量のマンガンやクローム・ニッケル、コバルトやタングステンなどを混ぜることで、錆びに強いステンレスや硬い特殊鋼など様々な用途に応じた鉄鋼製品がつくられます。主に鉄鋼産業に用いられる金属を鉄鋼金属といいます。

縞状鉄鉱:主に赤鉄鉱と磁鉄鉱の集まった黒い縞と珪質岩(チャート)の赤~白色の縞模様の顕著な岩石です。写真の研磨標本は西オーストラリア、Hamersley山地のもの。標本番号04AP11

世界最大の鉄鉱床地帯:西オーストラリア、ハマーズレー:世界の鉄鉱石の大半は、およそ25億~22億年前頃にできた縞状鉄鉱床BIF:Banded Iron Formationを採掘しています。 ハマーズレー地域はその代表例で、約25億年前の鉄鉱床です。写真はMt.Newmanの巨大な露天掘り。ベンチカットの1段の高さは20-30m位あります。→ゴンドワナ各地の地質、オーストラリア

ハマーズレー山地の縞状鉄鉱:標本番号04AP10

縞状鉄鉱は太古の地球大気の化石?:鉄は赤鉄鉱Fe2O3など酸化物として産出します。鉄鉱石は酸素がないとできません。地球史初期の大気にはあまり酸素がなかったのですが、27億年前くらいに光合成によって酸素を生み出す藻類が発生し、次第に酸素が増加し、25億年前頃一斉に大規模な鉄鉱床ができたと考えられています。

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ストロマトライトは、光合成を行うラン藻類(シアノバクテリア)の集団が形成した半円形~同心円状の構造物(バイオハーム)です。約27億年前に出現し、現世まで存在します。ただし熱水作用によっても同様の構造ができることがあり、古いものは区別が難しい。写真は西オーストラリア、ハメリンプールの現生のストロマライト。

コレニア石灰岩(ストロマトライトの一種):標本番号FS001(おそらく原生代)
ストロマトライト様構造を持った石灰岩(約27億年前):インドKarnataka州、標本番号94IN163

資源問題の一側面:そこに巨大な資源があると分かっても、鉱山設備を整え、荒野に町を建設し、鉄道や道路を引き、港湾を整備しないと採掘も運搬もできません。資源開発には巨額の費用と時間がかかり、急にはできません。資源が枯渇するという心配より、むしろ安定供給の仕組みが大切です。

Mt.Newmanの鉄鉱山は、港から約600㎞も離れた荒野にある。

露天掘り坑内を走る巨大な100t積みダンプ
マイルトレイン:延々と続く鉱石運搬列車

マンガン:マンガンは鉄鋼を作るのに欠かせない金属です。かつて美濃-丹波帯や秩父帯のチャート層中に小規模なマンガン鉱山がたくさんありました。また東北・北海道のグリーンタフ地域には熱水性のマンガン鉱床があり、美しい淡紅色の菱マンガン鉱を産出しました。

菱マンガン鉱:北海道古平町稲倉石鉱山、標本番号5193A
鍾乳石状の菱マンガン鉱:青森県西目屋村尾太鉱山、標本番号5141B
丹波帯のマンガン鉱山:滋賀県栗東町、1962年頃

クロムとニッケル:クロムとニッケルはステンレススチールを作るのに必要な金属です。

クロム鉄鉱:クロムの主要な鉱石鉱物、かつて北海道の神居古潭帯の蛇紋岩に伴って産出しました。世界のクロム埋蔵量の大半は南アフリカのブッシュフェルト岩体にあります。北海道平取町日東鉱山、標本番号A260
含ニッケル磁硫鉄鉱:ニッケルの主要な鉱石鉱物はペントランド鉱ですが、たいていは磁硫鉄鉱に伴っており、肉眼では区別できません。世界のニッケルの大半はカナダのサドバリー地域から産出しましたが、1970年代以降西オーストラリアで大規模なニッケル鉱山が開発されました。西オーストラリア、Kambalda鉱山、標本番号W241

タングステン:タングステンは電球のフィラメントなどにも使われますが、多くは高温に耐える硬い特殊鋼を作るのに用いられます。かつて日本では京都府の大谷鉱山や鐘打鉱山、山口県岩国地域など、白亜紀花崗岩に伴う鉱脈型あるいはスカルン型鉱床から産出しました。岩国地域には、喜和田・玖珂・藤ケ谷鉱山があり、重要なタングステン産出地域でした。

喜和田鉱山:喜和田鉱山は岩国市二鹿にあり、比較的小規模ですが極めて高品位のタングステン鉱を産出しました。1992年以降採掘を止めましたが、2007年には採掘済みの鉱石をロシアに輸出しました。→山口県の地質

1989年当時の喜和田鉱山長栄坑坑口付近と坑内の様子

喜和田鉱山のタングステン鉱:灰重石:喜和田鉱山は玖珂層群中の石灰岩を母岩として、白亜紀の花崗岩との間にできたスカルン型の鉱床です。特に石灰岩と花崗岩から派生した石英脈の周囲に極めて高品位の鉱石を産しました。普通タングステン鉱は1%程度でも採掘されますが、20%を超える驚異的な品位の鉱石を産出しました

ほとんど灰重石のみの鉱脈

灰重石石英脈:黄褐色の鉱物が灰重石。標本番号Y504
縞状タングステン鉱、標本番号Y502

コバルト:コバルトもタングステンと共に、高温に耐え、摩擦に強い、硬い特殊鋼や強力磁石を作るために用いられます。世界のコバルト資源の大半はアフリカ中央部カタンガ地方の堆積性銅鉱床の副産物として産出します。日本では山口県の於福や長登鉱山など秋吉台周辺のスカルン型鉱床から産出しました。

輝コバルト鉱:やや紅色をおびた銀白色の鉱物、緑色の柱状鉱物はヘデンベルク輝石。山口県美祢市長登鉱山、標本番号2077Y

モリブデン:モリブデンも強度の高い鉄鋼を作るのに用いられる金属です。世界のモリブデン資源の多くは、南北アメリカなどの花崗岩質の岩石にともなう斑岩銅鉱床から産出します。日本では白亜紀末の白川花崗岩にともなう平瀬鉱山などがありました。

輝水鉛鉱:モリブデンの主要な鉱物、母岩は花崗岩。岐阜県白川村、平瀬鉱山、標本番号2329D

非鉄金属

非鉄金属:鉄及び鉄鋼製品に必要な金属以外を全部まとめて非鉄金属といいます。非鉄金属の中で、以前は銅の使用量が最も多かったのですが、現在はアルミニウムの使用量が多くなっています。また比較的値段が安く使用量の多い銅・鉛・亜鉛をベースメタル、金・銀・白金を貴金属といいます。

アルミニウム:アルミニウムは地殻の中で酸素・珪素に次いで豊富にある元素です。一般にAlに富んだ岩石が風化する際、水に溶けやすいNaやKなどは流出し、溶けにくいAlが現地に残ります。こうしたものを風化残留鉱床といい、風化の盛んな熱帯地域や石灰岩地域に産出します。

ボーキサイト:アルミニウムの代表的な鉱石です。Alに富んだ粘土鉱物の集合体です。西オーストラリア、パース近郊、標本番号W216

レアメタル(希少金属)とレアアース(希土類元素):レアメタルは、「産出量が少なく、使用量も少ないが近代産業に不可欠な金属」という意味で、鉄・アルミ・銅・鉛・亜鉛以外のほとんどの金属がそれに当たります。例えば、白金・コバルト・クロム・ニッケルなどは、一部の地域に偏って産出するため、供給が途絶えた時に備えて備蓄する必要があります。いっぽうレアアースもレアメタルの一部ですが、周期表の第III族第6周期のランタン族元素(原子番号57番~71番)15元素とスカンジウムSc・イットリウムYの2元素を加えた17元素のことです。化学的によく似た性質を示し、強力磁石や電子材料など様々な用途があり、ハイテク産業に重要な物質です。中国が最大の輸出国で、数年前尖閣問題を契機に日本への供給が途絶え、大騒ぎになった記憶が残ります。

:電気の良伝導体で展性・延性が大きいため、電線など様々な電気製品に使用されます。銅を含む鉱物はたくさんありますが、一般に硫黄と化合して硫化鉱物を作ります。中でも黄銅鉱が最も普遍的な鉱石鉱物です。銅は、明治・大正時代には日本の主要な輸出産品の1つでした。日本の銅鉱床は、別子・日立などの変成帯中の層状含銅硫化鉄鉱床、小坂・花岡などの黒鉱鉱床、尾去沢・足尾・明延などの熱水性鉱脈鉱床、釜石などのスカルン鉱床に区分されます。現在世界の銅の大半は、南米・北米の中生代~新生代の花崗質岩に伴う斑岩銅鉱床と中部アフリカの堆積性鉱床から産出します。

黄銅鉱結晶:黄色の強い鉱物が黄鉄鉱、黄白色の鉱物は黄鉄鉱。北海道豊羽鉱山、標本番号A239
黄銅鉱を含む石英脈:南インドカルナタカ州、Ingaldhal鉱山、標本番号2341W

層状含銅硫化鉄鉱床(キースラーガー):周囲の岩石の片理面や層理面に平行した層状の鉱床で、黄銅鉱・黄鉄鉱・磁硫鉄鉱などからなる鉱床です。日本では三波川帯の別子(四国)・飯盛(近畿)・峰の沢(中部)や阿武隈帯の日立、四万十帯の槇峰などから産出しました。→日本の地質、日立変成岩、三波川帯、四万十帯

日立鉱床露頭:日立変成岩の片理に平行した鉱床露頭。硫化物が酸化して赤くヤケている。

層状含銅硫化鉄鉱:四国の三波川帯の変成岩にはこのタイプの銅鉱山が多数あり、中でも別子鉱山が最大の銅鉱山でした。徳島県山川町高越鉱山、標本番号2075G
日立鉱山の含銅硫化鉄鉱:茨城県日立市、標本番号C052

財閥と鉱山:日立鉱山は、西の別子とならぶ銅の大鉱山でした。山口県萩(須佐)出身の実業家久原房之助が明治38年に開発に着手し、ここで得た利益をもとに久原財閥を興しました。現在の日立グループは日立鉱山の電気機械工場から発足しました。三井の三池や神岡、三菱の生野・明延や石炭、住友の別子など、今日の巨大な企業集団はいずれも明治・大正期の鉱山開発から発展しました。

日立鉱山の大煙突:久原鉱業の時代、銅製錬工場の煙害を軽減するため建設されました。日立鉱山は1981年に採掘を終了し、現在は防止装置が進歩したため当時の高さの1/3くらいに切られました。

日立製作所創業の地の石碑、日立市

鉛・亜鉛:鉛は主に自動車のバッテリー、亜鉛は防錆用のメッキ材やダイカスト合金などに用いられます。鉛は方鉛鉱、亜鉛は閃亜鉛鉱が主な鉱石鉱物です。一般に両者はほとんど常に伴って産出します。また方鉛鉱に伴って銀を副産物として産出します。岐阜県の神岡鉱山は日本最大の亜鉛鉱山でした。世界ではオーストラリアのMt. Isa鉱山やBroken Hill鉱山が有名です。

1983年当時の神岡町:画面奥に神岡鉱山と製錬所、中央の川は高原川、手前の橋が西の里橋、奥の橋は船津橋、この間に眼球片麻岩の露頭があります。右手下に旧神岡町役場、町の人口は鉱山の操業如何で大きく変化しました。神岡鉱山はすでに採掘を終了し、現在は山腹もほとんど植生に覆われています。

神岡鉱山の鉱石:神岡鉱山は飛騨変成岩中の石灰質変成岩が熱水作用をうけてできたスカルン型の鉱床です。鉱石にはヘデンベルグ輝石を主とする杢地鉱と白地鉱があり、鉱石鉱物はいずれも閃亜鉛鉱と方鉛鉱です。

石灰岩の一部を交代した鉱石:ペンのあたりの黒褐色鉱物は閃亜鉛鉱、茶褐色部分は長柱状のヘデンベルク輝石(方解石に変わっている)、左側の白色部は石灰岩(石灰質片麻岩)。石灰岩の変成後(片理形成後)に鉱石ができたことが分かります。神岡町高原川河床

杢地鉱:長柱状のヘデンベルク輝石が年輪のように見えることがあるので杢地と呼ばれた。標本番号D602
白地鉱:方解石・石英を含む白っぽい鉱石。標本番号D603

黒鉱鉱床:黒鉱は、閃亜鉛鉱・方鉛鉱・黄銅鉱などからなる細粒ち密な鉱石で、黒っぽく見えるのでそう呼ばれます。黄銅鉱や黄鉄鉱の多い部分(黄鉱)、石膏の多い石膏鉱を伴うことがありますが、全体を黒鉱鉱床といいます。東北地方のグリーンタフ地域、特に秋田県大館地域に、花岡・小坂・釈迦内などの大鉱床がありました。黒鉱鉱床は新第三紀の火山活動に関係してできましたが、先カンブリア時代の古い大陸地塊にも類似の鉱床があります。

黒鉱:白い鉱物は石膏。秋田県大館市深沢鉱山。標本番号B023
黒鉱:黒色ち密な黒鉱。秋田県大館市深沢鉱山:深沢鉱山は1970年代に開発に着手された鉱床ですが、すでに採掘を終了しています。標本番号B028
角礫化した流紋岩と黄鉱:黒鉱鉱床は、新第三紀中新世の西黒沢期(およそ1500万年前)の流紋岩質火山活動に伴う熱水作用によってできたと考えられています。写真は角礫状になった流紋岩の隙間を充填した黄鉱(黄鉄鉱・黄銅鉱を含む)です。秋田県小坂町小坂鉱山、標本番号B025
黒鉱の産状:Bas:上盤玄武岩、T:凝灰岩、30以下は黒鉱。秋田県大館市深沢鉱山

層状硫化物鉱床:銅・鉛・亜鉛・銀などの硫化物は、特定の時代の地層の中に、周囲の地層と平行的な層状の鉱床として産出することがあります。日本の新第三紀の黒鉱鉱床、キースラーガー、中部アフリカの原生代後期の地層(カタンガ層群)の銅コバルト鉱床(カッパーベルト)、オーストラリアのマッカーサー層群やMt.Isa、Broken Hillなど、資源的に重要な鉱床地帯を形成します。多くは還元的な環境での堆積作用や熱水作用による火山性-堆積性鉱床と考えられます。

マウントアイザ鉱山の層状硫化物鉱石:Mt.Isa鉱山はオーストラリア、クインズランド州北西部にある世界屈指の銅・鉛・亜鉛の鉱山です。鉛・亜鉛に富んだ鉱石は、原生代中期(約17-16億年前)のマウントアイザ層群の泥岩層中に存在します。母岩と共に褶曲した鉱石。オーストラリア、Mt.Isa鉱山、標本番号W245
Mt. Isa層群Urquhart層の黒色泥岩:Mt. Isa鉱床の母岩、標本番号W246

マウントアイザMt. Isa鉱山

マウントアイザ層群の泥岩の丘
マウントアイザの夜景

ブロークンヒル鉱山:Broken Hill鉱山は、オーストラリア、ニューサウスウェルズ州西部にある世界屈指の鉛・亜鉛・銀の鉱山です。原生代中期16-17億年前のWillyama累層群中にある(Broken Hillをアボリジンの現地語でWillyamaという)。オーストラリア西部の始生代クラトンの周囲を取り巻くように、原生代の地層の中に、北からMacArthur river – Mt. Isa – Broken Hillの鉱床群があります。Broken Hillでは角閃岩相~グラニュライト相の変成作用を受けています。

「硫化物通り」:Broken Hillは荒野に開かれた鉱山の町、街路に鉱物の名前がついている。

金・銀:日本には各地に多数の金銀鉱山がありました。現在なお日本唯一の金属鉱山として稼働している鹿児島県の菱刈鉱山は、世界の一般的な金鉱床に比べてはるかに高品位の鉱石を産出しています。日本の金鉱床の多くは、新第三紀~第四紀の火山活動に伴う熱水性の鉱脈鉱床です。金の一部は銅鉱床の副産物、銀は鉛亜鉛鉱床の副産物としても産します。

菱刈鉱山の含金石英脈:四万十層群中

菱刈鉱山の金鉱石:白い部分はほとんど石英、黒い縞の部分は輝銀鉱です。金はこの部分に含まれますが、目には見えません。これでも菱刈鉱山の鉱石には、金が50g~100g/tくらい含まれており、世界の平均的な金鉱石の10倍以上の品位があります。鹿児島県菱刈町菱刈鉱山、標本番号1058H

銀鉱石:銀の主要鉱物は輝銀鉱といい、銀と硫黄の化合物です。銀は金と共に産出しますが、鉛・亜鉛鉱山の副産物(方鉛鉱に伴うことが多い)としても産出します

伊豆の金銀鉱:黒い縞は主に輝銀鉱で(銀黒といいます)金も含まれます。白い縞は主に石英で、小さな同心円状の形(コロフォーム組織)が見えます。これは熱水から金銀と共に石英分が沈殿したことを示します。伊豆半島は、佐渡などと共に古くから金鉱山が盛んに採掘されていました。静岡県伊豆市清越鉱山、標本番号D041
自然銀:画面中央の毛状の鉱物。銀は一般に輝銀鉱として産出しますが、稀に銀のみの単体として産出することがあります。北海道札幌市豊羽鉱山、標本番号1068A

西オーストラリアの始生代の金鉱床:世界的に見ると、金は始生代の含金礫岩やグリーンストン帯の玄武岩(コマチアイト)と花崗岩に伴う鉱床から多く産出します。西オーストラリアのカルグーリ地域には大規模な露天掘り金鉱山が多数あり、5~6g/tくらいの低品位の鉱石でも大量に採掘・処理して採算をとっています。

カルグーリ市街地そばの金鉱山:Kalgoorlieは海岸から600㎞も離れた原野に開けた鉱山の町です。
Kalgoorlie近郊のMt.Charlotte 鉱山の露天掘り:27-28億年前のグリーンストン帯のコマチアイト~玄武岩を採掘しています。原野に直径1マイルにもなる巨大な穴が掘られています。
Lindsay mineの金鉱石:やや変成した玄武岩と石英脈。銀白色の鉱物はArsenopyrite、金は見えない。西オーストラリアCoolgardie,標本番号AY302

硫黄:イオウは非金属資源の1つで、主に硫酸などの化学工業原料として使用されます。かつて日本では、黄鉄鉱などの硫化鉄鉱床や火山噴気の硫黄など、火山性の硫黄鉱床が盛んに採掘されましたが、昭和30年代から石油精製の副産物として出る硫黄に押されて閉山しました。

黄鉄鉱と石英、青森県西目屋村尾太鉱山、標本番号2392B

誤解していませんか?黄鉄鉱はイオウの原料、鉄鉱石にはなりません:黄鉄鉱は鉱床地帯によく見る鉱物で、鉄と硫黄の化合物です。その名に「鉄鉱」とついていますが、イオウ分が混じると鉄の品質が劣化するので製鉄には使用されません。

硫黄:イオウは一般に硫化物を作りますが、火山噴気孔では単体のSとして産出します。大分県久住山、標本番号1053H
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