海南島にはどんな「島の遺伝子」が隠されているのでしょうか？火山海岸の地質学的「叙事詩」を明らかにする

（海南大学「中国の大学における科学普及」優秀科学普及作品 - グラフィックとテキスト）

火山海岸の地質学的叙事詩：海南島の1万年前の溶岩の時間と空間のコードを解読する

我が国の南端にある海南島では、火山と火山岩がこの土地の何十億年にも及ぶ地質学的変化を記録しています。これらは自然の魔法の傑作であり、地球の進化の歴史の鮮明な証人です。火山は地球の記録を書き、また島々の遺伝子も作ります。

海南島の広大な土地において、火山は地質学的進化の記録者であるだけでなく、万物の共生の創造者でもあります。海南島の火山活動は、始新世、中新世、更新世、完新世の4つの噴火期を経てきました。この島の骨格は、マグマと時間の経過によって徐々に形成されていきました。

始新世には、地球規模のプレート運動が活発で、南シナ海地域の地殻は不安定で、海南島の火山活動は比較的弱く、小規模なマグマが湧き上がり、局所的に少量の玄武岩噴火と小規模な火山堆積物が形成され、その後の火山活動の物質的基礎が築かれました。中新世に入ると、地球の地殻変動がこの海域の形を変え始めました。雷瓊地溝の裂け目によってマグマが噴出路を見つけ、石英ソレアイト玄武岩でできた火山丘が海面を突き破り、石英ソレアイト玄武岩とオリーブソレアイト玄武岩を形成し、火山丘や火山台地など多くの火山地形を形成し、地域の地形や陸と海のパターンを変えました。最初の 2 つの段階が火山の壮大な物語の序章であったとすれば、更新世は最も壮大な時代の幕開けとなった。更新世の間、世界は氷河期と間氷期が交互に繰り返される時期にあった。この交代期間中、海南省北部の100以上の火山が次々と目覚め、海南省の火山活動は最盛期を迎えた。大量のマグマがさまざまな形で急速に噴火し、海南省北部に100を超える休火山の火口群が形成され、石山火山群などの典型的な火山地形が形成された。それらはまるで地球の目のように、静かに時の流れを見つめています。馬鞍嶺火山はその典型的な例です。大きなクレーターと小さなクレーターが重なり合うユニークな形状は、まるで古代の物語を語るかのようです。完新世におけるプレート運動は比較的安定しており、海南島の地殻は依然としてある程度の活動を保っており、初期には火山噴火が発生していた。例えば、馬安嶺火山は過去 1 万年間に 2 回噴火し、地域に小規模な火山堆積物と溶岩流を形成し、周囲の地形を変化させ、独特の地質学的景観と研究サンプルを提供しました。海南省地質局の研究所では、レーザーアブレーション質量分析計を使用して火山ガラス包有物を分析しました。データによれば、海口石山火山の最後の噴火は約1万年前だった。噴煙の高さは25キロメートルに達し、火砕流は8分以内に半径15キロメートルの範囲を覆った。

完新世の余波は今も残っており、地質学研究所のレーザーアブレーション質量分析計は、1万年前の衝撃的な噴火で高さ25キロメートルの火山円錐が玄武岩の格子に火の跡を残したことを明らかにした。これらの固まった炎こそが、自然界で最も精巧な幾何学的コードを生み出すのです。熱いマグマが静かな物理法則と出会うと、数学者を驚かせる完璧な形が生まれます。火山の溶岩が冷えると玄武岩が形成されますが、自然に形成された玄武岩には規則的な六角形の柱状節理があります。これには多くの数学的原理があります。最小エネルギー原理に基づくと、正六角形の合計辺の長さは、平面上に密集しているときに最小になり、システムの表面エネルギーを最低にして安定した状態を実現できます。対称性とバランスの原理から、六角柱状節理は対称性が高く、あらゆる方向で均一な力と物理的特性を持ち、安定した構造を備えています。幾何成長の原理によれば、等方性媒体において結晶成長界面が発達すると、三次元空間におけるあらゆる方向の成長速度が均衡し、六角柱形状を形成しやすくなる。六角柱構造は応力分散の原理に基づいて、溶岩の冷却によって発生する熱応力を均等に分散し、応力集中を避け、この節理形態の出現を促進します。電子顕微鏡で見ると、玄武岩の細孔は最大 35% の多孔度を持つフラクタル構造を示します。清代の『瓊州府志』によると、地元の人々は火山岩を「蜂の巣石」と呼んでいた。明代の海鋭は多孔質玄武岩の多孔性を利用して、冬は暖かく、夏は涼しい「火山空調室」を造りました。

それだけでなく、これらの自然の穴は凝縮した水を貯蔵するスペースでもあり、私たちの先祖の知恵のインスピレーションの源でもあります。永興鎮の火山岩地帯では、古代の知恵と現代の技術が時空を超えて対話を続けています。玄武岩の破片を敷き詰めた「浸透灌漑田」では、72歳の王おじいさんが宋代から受け継いだ「石積み田」の技法を採用した。火山岩の多孔質特性により、ピタヤの根は石の割れ目にある凝縮水を自力で見つけることができ、従来の栽培よりも1ムーあたりの収穫量が40％高くなります。そこからそう遠くない海南省熱帯農業科学院の実験圃場では、北斗システムを搭載した無人トラクターが火山岩マトリックスで栽培されたスーパーライスの種子を播種している。玄武岩から抽出された微量元素により、米のセレン含有量が3倍にまで奇跡的に増加しました。これは岩と生命のダンスにおける最新の動きです。粉砕した火山岩を使って窒素固定細菌を培養すれば、劣化した赤土の有機物含有量を3年で5倍に増やすこともできる。

火山が与えてくれた恵みは、人類文明の頂点においても昇華し続けています。美朗姉妹塔の 759 個の玄武岩部品は、純粋なほぞ継ぎ構造で、機械的性質と美的性質の二重奏を表現しています。美朗姉妹塔の耐風性はレベル16に達します。同時に、火山岩の表面の炭酸化によって形成された天然の装甲により、古代の建物の酸性雨に対する耐性が70％向上し、姉妹塔は酸性雨の浸食に対してより耐性が強くなりました。

図1 美朗姉妹塔

マグマの流れによって作られた溶岩トンネルが地下に幻想的な世界を織り成しています。空洞でつながったカルスト洞窟群には、火山活動によって形成された巨大なドームと、滴り落ちる水によって堆積した鍾乳石が共存しており、2つの洞窟形態が混在し、数万年にわたる2つの地質学的力の出会いを目の当たりにしています。

図2 海口火山の72の洞窟

朝日が霊高岬の火山海岸を赤く染めると、酸化鉄と二酸化ケイ素が岩層に青緑色の錆びの斑点を描きます。これは時間が与えた勲章です。海南省地質博物館では、VR 装置を使って子供たちを何千年にもわたる旅に連れて行き、火山噴火の壮大な光景を再現しています。 30キロ離れた探査現場では、技術者たちが古代の火山の流路の暗号を解読し、かつてのマグマの通り道だった場所を将来のガス貯蔵施設に変えようとしている。石を積んで田んぼを作るという先祖の知恵から、現代​​の科学者による岩石暗号の解読の探究、灌漑田んぼの石の割れ目から北斗システムの位置信号まで、ほぞ継ぎ構造の機械的継承から地下空間の革新的な利用まで、この火山島は常に人間と自然の共進化の壮大な叙事詩を書き続けてきました。