鉱物や岩石も「ポップコーン」に変えられるのでしょうか？

制作：中国科学普及協会

著者: Earth Story チーム

プロデューサー: 中国科学博覧会

ポップコーンは誰もが知っているものですが、ポップコーンマシンに石を入れてみたことはありますか?どのような効果があるのか​​本当に分かりません。しかし、ポップコーンマシンがなくても、石を「ポップコーン」に変えることができます。食べられませんが、その有用性を侮らないでください！

（写真提供：veerフォトギャラリー）

加熱膨張特性を持つバーミキュライト

バーミキュライトは雲母に非常に似ており、薄片状になっています。フレークの大きさは一般的に数ミリメートルですが、最大のものは10センチメートル以上にも達します。土壌中のバーミキュライト粒子は非常に小さく、大きさはわずか数ミクロンです。大きなバーミキュライト粒子は厚い薄片の中に見られ、雲母のように薄い薄片に分離するのは容易ではありません。バーミキュライトには、茶色、黄褐色、黄金色、濃い緑などの色があります。雲母ほど光沢がなく、油っぽい感じがします。皮をむいてスライスすると、弾力性はなくなり、柔軟性だけが残ります。バーミキュライトの小片を火にかけると、非常に速く膨張し、薄い破片から体積が 10 ～ 20 倍、最大で 30 ～ 40 倍にまで増加します。バーミキュライトは燃焼後、体積が膨張して曲がり、水に浮くようになります。色も元の緑から薄い金色がかった黄色、銀白色へと変化します。ヒルのように水に浮くので、その名が付けられました。

（写真提供：veerフォトギャラリー）

バーミキュライトはなぜ加熱すると膨張する性質があるのでしょうか?これはバーミキュライトの組成と内部構造に関係しています。バーミキュライトを加熱すると、層状構造の間に含まれる水分子が蒸気に変わります。発生した圧力により層が急速に引き伸ばされ、膨張が起こります。膨張した鉱物の相対密度は、元の 2.4～2.7 から 0.6～0.9 に減少し、水に浮くことができます (水の相対密度は 1)。

膨張バーミキュライトは、断熱性、遮音性、絶縁性、難燃性、陽イオン交換性などに優れているため、多くの分野で広く使用されています。例えば、比重が砂や砂利の1/7しかないため、レンガや屋根板などに加工でき、高層ビルの壁材としても活用されています。バーミキュライトは熱伝導率が非常に低いため、ガス、水道、石油パイプラインの包装材として断熱層として使用でき、大幅な省エネが可能です。バーミキュライトは層間に交換可能な陽イオンを含んでいるため、環境保護、廃水処理、水面の油を吸収して環境を浄化するために使用できます。農業では、水を蓄えて水分を保持し、土壌の通気性と保水性を高め、土壌構造を改善するために使用できます。乾燥地帯の砂質土壌の改良に非常に効果的です。園芸では、膨張バーミキュライトは花、野菜、果物の栽培や育苗に使用でき、芝生の植栽にも適しています。作物が成長初期から十分な水分と栄養分を得られるため、植物を早く成長させることができます。実験を行った人たちの中には、複合肥料に膨張バーミキュライトを 0.5 ～ 1% 加えると、作物の収穫量が 15 ～ 20% 増加する可能性があることを発見した人もいます。膨張バーミキュライトは、飼料添加物、吸収剤、固定剤などとして畜産にも使用できます。膨張バーミキュライトを飼料に添加すると、飼料中の有毒物質を吸収し、牛乳や卵の品質を向上させ、家畜の糞便の臭いを減らし、湿度を下げ、腐敗を遅らせ、家畜の生育環境を改善します。

「ポップコーン」特性を持つパーライト

「ポップコーン」のような特徴を持つ別の岩石はパーライトと呼ばれます。パーライト族にはピッチストーンと黒曜石も含まれますが、どちらも火山ガラスですが、最も一般的に使用されているのはパーライトです。パーライトは、火山の噴火後に酸を吸収する（SiO2含有量が高い）マグマが徐々に凝縮して形成される岩石です。凝縮過程の収縮により内部に弧状の亀裂が形成されることから「パーライト」と名付けられました。

（写真提供：veerフォトギャラリー）

パーライトは中国国内、特に南東部沿岸諸省、中部および南部中国、さらに北東部および内モンゴル地域に広く分布しています。パーライトは層状やレンズ状に産出されることが多く、露天掘りで採掘することができます。パーライトは、薄茶色、灰白色、黄白色、緑色など、さまざまな色があります。パーライトは硬くて脆く、強いガラス光沢があります。破片は薄片状になっており、端は非常に鋭い場合があります。断面には貝殻のような縞模様がよく見られます。

パーライトは耐火性が高いです。例えば、内モンゴルのある場所から産出されるパーライトの耐火性は、北京冶金建設研究所によって1200〜1330℃と測定されています。

真珠岩が「ポップコーン」のような性質を持つ理由は、主にその組成に含まれる水分含有量によるものです。水分を多く含むため、粒子の細かいパーライト（約0.4mm）を一定の温度で瞬間焙煎します。含まれる水分が蒸発し、小さな粒子が白い「ポップコーン」のように膨張します。内部にたくさんの穴があいており、これを膨張パーライトといいます。パーライトの水分含有量と鉄分含有量は、その膨張に大きな影響を与えます。水分含有量が少なく、鉄分含有量が多いと膨張しにくくなります。膨張パーライトは白色で無臭、無味であり、相対密度は 71 kg/m3 と低く、熱伝導率は 0.06～0.07 W/MK と低いです。したがって、膨張パーライトは、膨張バーミキュライトのように軽量建築材料を作るために建設に使用することができます。遮音性、断熱性、省エネ性、断熱性など優れた特性を持っています。環境保護、農業、林業、畜産、食品・飲料産業にも使用できます。

自然の色とりどりの鉱物は、いつも私たちにさまざまな驚きを与えてくれます。