なぜ石は燃えないのですか？

Natalie Burshtin Docente (Scienze della Terra), Università del Montana

モンタナ大学地球科学講師

ナタリー・バーシュティンは、この記事から利益を得るであろういかなる企業や組織で働いたり、コンサルティングしたり、株を所有したり、資金を受け取ったりすることはなく、学術上の任命以外に関連する所属を明らかにしていません。

モンタナ大学は、The Conversation US のメンバーとして資金を提供しています。

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なぜ石は燃えないのですか？ – ルーク、4 歳、ニューハンプシャー州ニューマーケット

多くの岩石は燃えませんが、中には燃える石もあります。それは岩石が何でできているかによって異なり、それは岩石がどのように形成されたかに関係しています。

岩石には主に火成岩、堆積岩、変成岩の 3 つの種類があります。これらの岩石は、それぞれ異なる特徴を持つ鉱物で構成されています。一部は熱にさらされると溶けてマグマや溶岩、つまり超高温の液体の岩石になります。他にも引火する可能性があります。

加熱すると燃える岩石は燃えます。これは、岩石内の元素が空気中の酸素と反応して、炎の形で熱と光を生成することを意味します。

硫黄、炭素、水素という元素は酸素と容易に反応します。これらの元素を含む岩石は可燃性です。これらの元素が内部に存在しないと、十分な熱にさらされた岩石は発火せずに溶けてしまいます。

火成岩は、地下のマグマまたは火山の溶岩が冷えて固体物質に結晶化するときに形成されます。これらの岩石は主にケイ酸塩鉱物でできており、華氏 1,300 度 (摂氏 700 度) から最高 2,400 華氏 (摂氏 1,300 度) の温度で結晶化します。

火成岩には可燃性元素がほとんどまたはまったく含まれていません。そして、それらは非常に高温で結晶化するため、再溶解してマグマに戻すのは非常に困難です。それを実現するには、都市が廃棄物を燃やすために使用するようなハイテク焼却炉が必要です。

堆積岩の形成過程は大きく異なります。それらは、岩石、鉱物、時には植物や動物の破片から形成され、また、やかんや浴槽に形成される石灰スケールのように、水が蒸発するときに残る結晶からも形成されます。

生物の中には硫黄、炭素、水素がたくさん存在します。実際、これらは地球上の生命の 6 つの必須要素のうちの 3 つです。有機物の破片、特に枯れた植物も可燃性であり、岩が燃える原因になります。

最後のグループの岩石は変成岩と呼ばれます。これは、これらの岩石は、大量の熱と圧力によって既存の岩石が溶けたり燃えたりすることなく新しいタイプに変化するときに形成されるためです。「メタモルフォーゼ」は古代ギリシャ語に由来し、「変容」を意味します。たとえば、キッチンカウンターや彫像で見られる大理石は、地下深くで激しい熱と圧力を受けて変化した石灰岩から作られました。

火成岩から形成された変成岩には可燃性元素、つまり燃える元素が含まれていませんが、堆積岩から作られた変成岩には可燃性元素が含まれている可能性があります。身近な例の 1 つは、ほぼ完全に炭素でできている無煙炭です。それは、はるか昔に枯れた植物が沼地に落ち、砂や泥に埋もれ、最終的には数億年かけて石炭に圧縮されたときに形成されました。

世界中にはたくさんの石炭層があります。場合によっては、石炭が地中にある間に発火することもあります。原因は、落雷などの自然現象、または採掘などの人間の活動によるものです。

かつて鉱山の町だったペンシルベニア州セントラリアでは、炭層が50年以上燃え続けている。他にもアフリカのジンバブエやインドのジャリアなど、世界中で石炭層火災が活発に発生している。

石炭を作るのに必要な圧力よりもさらに高い圧力で炭素を圧縮すると、最終的には自然界で最も硬い鉱物であるダイヤモンドが得られます。 1772年、フランスの化学者アントワーヌ・ラヴォアジエは、虫眼鏡でダイヤモンドを燃やすとダイヤモンドが発火する可能性があることを証明しました。

十分な忍耐力があれば、ろうそくの炎でダイヤモンドを燃やすことができます。しかし、ダイヤモンドは非常に高価であるため、代わりに、虫眼鏡の下の葉っぱやキャンプファイヤーの棒やマシュマロなど、炭素でできた他の物を燃やすことに固執する方が良いでしょう。

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