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肥沃な土と痩せた土の違い

身近な自然と科学 Vol.61 より

土地には肥沃な所と痩せた所がありますね。
肥沃というのは植物が育つために必要な微量元素が多く含まれている所で、痩せた所はその反対です。
人為的には有機肥料を与えて土地を肥沃にさせますが、自然状態では作物を作り続けると土地は痩せてしまいます。

古代文明が大河のデルタ地帯に栄えたのは、しばしば襲ってくる河の氾濫により、作物を作り過ぎて痩せてしまった土と、上流の肥えた土が入れ替わるという都合の良い立地だった為というのは周知の通りです。

占星術の本に拠ると、星座の水瓶座には、瓶から溢れ出た水が悪い物を流し去り、新しい物を創り出す意味があるらしいです。
河の氾濫が新しい土地を作るという古代の人たちの思想が出ているような気がします。

話がそれてしまいましたが、なぜ肥沃な土地と痩せた土地があるのでしょうか?

岩石や砂に含まれているケイ素は、酸素原子4個に等距離等角度で囲まれるような形で酸素と結合しています。
ケイ素4面体
これを1ブロックと考えて下さい。
岩石中では、ケイ素と酸素が結合したブロック同士が、アルミニウムやマグネシウム、カルシウムなどの元素を仲立ちに結合しています。
この仲立ちをしている元素の種類に拠って、

  • 橄欖石(かんらんせき) ・・・・・鉄・マグネシウム
  • 輝石(きせき)・・・・・カルシウム・鉄・マグネシウム
  • 正長石(せいちょうせき)・・・・・カリウム・アルミニウム、ナトリウムを含む事もある
  • 石英(せきえい)・・・・・酸素を共有して結合している

などの鉱物が出来ます。
これらの鉱物が化学的風化作用を受けると、仲立ちをしている元素が離れ、土壌中に移ります。
この元素が植物に良い物なら肥沃な土地と言われます。
正長石はカリウムを含むので、肥料の原料になるほどです。

ところで、岩石が化学的風化作用を受けて作られる粘土鉱物は、ケイ素と酸素の結合した物(ケイ素4面体)とアルミニウムと酸素が結合した物(アルミニウム8面体)が層構造に結合しています。
これらの粘土鉱物は、負の電荷を持っているため、カリウム、ナトリウム、カルシウム、水素などの正の電荷を持つイオンを引き付けます。
植物はこれらの元素(正イオン)を利用する訳ですが、自然は良く出来ているもので、植物は根から酸性物質(水素イオンを含む)を出し、その水素イオンがカリウムイオンなどと置き換わり、カリウムなどは根から吸収されます。

従って、負の電荷を多く持った粘土鉱物ほど正の電荷を持ったイオンを引き付けるため肥沃な土壌となります。
例えば、園芸用土であるバーミキュライトは

(ケイ素四面体)
(アルミニウム八面体)
(ケイ素四面体)
( 水 )
(ケイ素四面体)
(アルミニウム八面体)
(ケイ素四面体)

という層構造をしています。
ケイ素四面体とアルミニウム八面体のサンドイッチ構造が多いほど負の電荷が多い為、正の電荷である元素を引きつけ、保持するために肥沃な土地となります。

最後に土の色に付いて・・・・・
土には様々な色があります。赤っぽいもの、黒っぽいもの、・・・・
色は皆さんのご想像通り、成分の偏りによります。
高温多雨な地域では、多量の雨と化学反応が促進される温度があるため、ケイ素で作られた粘土鉱物からケイ素が溶け出し、ケイ素4面体を結び付けていた鉄が相対的に多く残るようになり、鉄は酸化されて赤錆色に変わり、土は赤くなります。

赤褐色の土の場合は、60%以上が酸化鉄で、普通の土に70%以上も含まれているケイ素は数パーセントに落ちています。


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