エジプト西部砂漠デュウィ層のリン灰岩鉱床の鉱物学的・地球化学的変動性：古環境と物理化学条件への示唆

なぜ砂漠の石が日常生活に関係するのか

モロッコから中東に至る広帯にわたり、砂漠や沿岸平野の下に隠れたリンに富む岩層は、現代の暮らしを静かに支えています。これらの岩石は世界の肥料向け原料の大部分を供給し、電子機器やクリーンエネルギー技術で使われる貴重な金属も含んでいます。本研究はエジプト西部砂漠、アブ・タルトゥールでのリン灰岩層に注目し、それらがどのように形成され、何で構成され、戦略的元素の将来の供給源としてどの程度有望かを明らかにしようとするものです。

隠れた物語を持つ砂漠の台地

研究者たちはデュウィ層内のリン灰岩層を調べました。デュウィ層は白亜紀後期の堆積で、かつての海の進入を記録しています。アブ・タルトゥールでは、デュウィ層は下部のリン灰岩層、中部の泥岩層、上部のリン灰岩層の三つの員に分かれます。チームは3キロにわたる区間から17検体を採取し、そのうち11検体を詳細に分析しました。顕微鏡、X線解析、質量分析を用いて、存在する鉱物とそれらに閉じ込められた微量金属を同定しました。これにより、ハンドサンプルや薄片で見た観察を盆地の長い歴史と結びつけることができました。

粒子が示す古い海の姿

顕微鏡観察では、リン灰岩は主にアパタイト鉱物と魚の骨やサメの歯から成り、かつて繁栄していた海洋生態系を示しています。多くの粒子は角張っており、わずかに丸みを帯びているにすぎず、埋没前に長距離輸送されていなかったことが示唆されます。粒子間はドロマイト、方解石、石膏、酸化鉄のセメントで充填されており、水の化学組成や蒸発の変化を記録しています。化学分析は、これらの岩が酸化カルシウムとリンに富み、ケイ素やアルミニウム酸化物のような砂や粘土由来物質も目立つことを示しています。この混合は、堆積物が海水からの純粋な化学沈殿ではなく、陸由来の堆積物とリン質物質が混ざったものであることを示します。

目に見えない元素が告げる手がかり

最も示唆に富む証拠は、微量元素と希土類元素から得られます。希土類元素は環境条件に特に敏感です。アブ・タルトゥールのリン灰岩は希土類元素＋イットリウムの総量が非常に高く、平均で約969 ppmと、多くの類似鉱床よりもずっと高い値を示します。パターンは最軽元素や最重元素より中間希土類に富み、セリウムにわずかな凹みがありユーロピウムに小さなピークが見られます。酸素に富む開放海域では希土類は通常セリウム欠損の強い異なるパターンを示しますが、ここで見られる異常なパターンと、イットリウム対ホルミウム比の比較的低さ、ウラン対トリウム比の中程度の値は、陸由来粒子の強い寄与と元の堆積後に起きた化学的上書きを示唆します。

再堆積された層と変動する海

鉱物の組織、主要元素、希土類の特徴を組み合わせた考察から、これらのリン灰岩は海水だけからその場で形成されたものではないと著者らは主張します。むしろ、沖合にあった古いリン酸塩堆積物が海面変動に伴って攪乱され再堆積され、白亜紀のカンパニアン〜マーストリヒチアン（約8000万〜6600万年前）頃に新たな層が形成されたと考えられます。海面の上昇と下降により古いリン質層は侵食され、その粒子は粘土や砂と混合されて再び集中して新しい層を作りました。バナジウム、ニッケル、クロムなどの酸化還元に敏感な元素の化学や特定の希土類比は、新しい層が酸素欠乏と酸素豊富な底層水が混在する塩分のある海域で、堆積速度が比較的遅く希土類がアパタイト中に蓄積されやすい条件で堆積したことを示唆します。

古い海底から現代の資源へ

古環境の復元を超えて、本研究はアブ・タルトゥールのリン灰岩の経済的可能性を強調します。ほとんどの試料は肥料原料に適した高品位リン鉱として分類され、特にランタンやネオジムなどの軽希土類やイットリウムに異常に富んでいます。これらの元素は既存のリン酸生産施設から副産物として回収され得るため、肥料用の岩石が栄養塩とハイテク金属の二者源になり得ます。著者らは簡潔に、変動する白亜紀の海で堆積した砂漠の岩石が、エジプトにとって肥料の確保だけでなく、希土類元素の世界的供給における価値ある足がかりを提供すると結論付けています。

引用: Saleh, G.M., Azer, M.K., Saadawi, D.A. et al. Mineral and geochemical variability of the phosphorite deposits in the Duwi Formation, Western Desert, Egypt: Insights into paleoenvironment and physicochemical conditions. Sci Rep 16, 13910 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46266-7

キーワード: リン灰岩, 希土類元素, アブ・タルトゥール, デュウィ層, 古環境