Clay - Nendo (English spelling)

In general, it is a plastic and viscous material made up of extremely fine weathered grains, and it is easy to distinguish it from sand grains. In geological terms, as weathered rocks, it is a soil-like deposit (at the bottom of a sea or lake) with a grain size of 1/256 ( ^2-8 ) millimeters or less, and it forms a layer of clay or a mixture with gravel and sand between strata. The definition in soil science is slightly different, and the definition established by international law refers to particles with a grain size of 2 micrometers or less. However, in Russia and other countries, the grain size of 2 micrometers or less is sometimes further divided. In the past, the Agricultural Society of Japan defined clay as 0.01 millimeters or less, but this upper grain size limit is no longer adopted because it is too large and includes coarse particles that do not show the characteristics of clay.

A common characteristic of clay is that its chemical composition is mainly composed of the crystalline structure of aluminum silicate formed during the weathering of rocks. This structure is a colloidal particle measuring 100 nanometers to 1 micrometer, and has been revealed by electron microscopy. There are many types of clay classified according to their chemical composition, but the most representative is kaolinite. Its crystalline structure is interpreted as a single clay particle consisting of a crystal plate in which silicon tetrahedrons (a solid with a silicon atom at the center and four oxygen atoms around it) are connected front to back and left to right, and a crystal plate in which aluminum octahedrons (six oxygen atoms around an aluminum atom) are connected in a 1:1 basic structure, and these are stacked up and down many times. Vermiculite is also a type in which silicon tetrahedrons and aluminum octahedra are stacked in a 2:1 ratio. Negative charges are generated on the surface and inside the crystalline plate structure of these clays, and positive ions (potassium, calcium, and sometimes hydrogen) are adsorbed to them to stabilize them. Water molecules are also adsorbed, so clay is hygroscopic. In addition, it has the ability to bind clay particles together, and also coarse sand and silt particles, and has the effect of forming aggregates (such as granules) among the soil particles as a whole.

Other types of clay include montmorillonite, illite, halloysite, and bentonite, and they all have different levels of hygroscopicity. A clay mineral called allophane is produced during the weathering of volcanic ash, and is an exceptional type of clay that does not have a crystalline structure; it is a so-called amorphous clay. It has the property of easily bonding with humus, an organic colloidal particle. When considering clay in the soil formation process, it is a secondary product produced during weathering, so its mineral components are called secondary minerals or clay minerals, and they play an important role in the development of soil formation and classification theories.

[Shigeo Asami and Makiko Watanabe]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

一般語としては、きわめて微細な風化物の粒からなる可塑性と粘性に富んだ物質のことで、砂粒との違いが容易に認識されやすい。岩石の風化物として地質学的に定義すれば、粒径256分の1（2^-8）ミリメートル以下の土状沈殿物（海底または湖底の）をいい、地層の間では粘土層あるいは礫(れき)や砂と混在した状態をなしている。土壌学的な定義はやや異なり、国際法的に決められた定義は粒径2マイクロメートル以下の粒子をさす。ただしロシアなどのように2マイクロメートル以下をさらに細区分することも行われる。かつて日本の農学会法では0.01ミリメートル以下を粘土としていたが、この粒径の上限は大きすぎて粘土の特性を示さない粗粒子が入ってしまうために、いまでは採用されなくなった。

　粘土の属性として共通の特性は、その化学組成が岩石の風化過程で生成したケイ酸アルミニウムの結晶構造を主体としていることである。この構造は100ナノメートル～1マイクロメートルの単位で測られるようなコロイド粒子であって、電子顕微鏡で明らかにされた。化学組成の違いによって何種類もの粘土が分類されるが、代表的なものはカオリナイトである。その結晶構造はケイ素四面体（ケイ素原子を中心に置き、四つの酸素原子をその周りに配した立体）が前後左右に連結した結晶板と、アルミニウム八面体（アルミニウム原子の周りに6個の酸素原子を配したもの）が1対1の基本構造をもって連結した結晶板が、上下に何枚も重なり合って1粒の粘土粒子をつくっていると解釈されている。またケイ素四面体とアルミニウム八面体が2対1で重なり合うタイプにはバーミキュライトなどがある。これら粘土の表面や結晶板構造の内面にマイナス荷電が生じ、これにプラスのイオン（カリウムやカルシウム、ときには水素）が吸着されて安定する。また水の分子も吸着されるので、粘土は吸湿性をもつ。さらに粘土粒子どうし、あるいは粗粒の砂やシルト粒子を結合させる力があり、土壌粒子全体に集合体（団粒など）を形成させる効果を現す。

　粘土にはほかにモンモリロナイト、イライト、ハロイサイト、ベントナイトなどの種類があり、吸湿性の強さには違いがみられる。アロフェンとよばれる粘土鉱物は火山灰の風化過程で生ずるもので、粘土としては例外的に結晶構造をもたない、いわゆる非晶質粘土である。これは有機質コロイド粒子である腐植と結合しやすいという特性をもっている。粘土を土壌の生成過程でみると、風化作用に伴って生ずる二次的生成物であるから、その鉱物成分を二次鉱物といい、あるいは粘土鉱物ともよんで、土壌の生成論、分類論の展開のうえに重要な役割を与えている。

［浅海重夫・渡邊眞紀子］

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