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Index　一章　二章　三章　四章

二章　石炭を見つけ使う

1 先駆者の苦労と教訓　top

�@　石炭をはさむ地層はどこにあるか

　石炭は地下にあるけれども、これを掘り出して燃料に使うことができるもの（地下資源）だということがわかった一八世紀頃の英国では、使いやすい掘りやすい石炭がどこにあり、また、そのような石炭をはさむ地層がどこにあるのか、ということが問題になって調査されたことでしょう。
　調べてゆくうちに、石炭が、地層と同じように何枚も層状にはさまれていることがわかってきます。
　このように、石炭層を何枚もはさむ地層を「夾炭層」（きょうたんそう）と呼ぶようになります。
　英国本土の石炭紀の夾炭層はザ・コール・メジャーと呼ばれ、やがては英国以外の夾炭層でもコール・メジャーと呼ばれるようになります。
　このような夾炭層では、石炭層の上や下の地層のなかに、しばしば植物の葉や幹の化石がはさまれていたり、その付近の地層には現在の川や沼にも見られるカワシンジュガイやタニシの仲間や、海辺の入江や湖に住むシジミの仲間などに似た貝化石が見られることがあます。
　夾炭層以外の多くの地層では、海に住んでいた動物の化石が入っている点でもちがいます。
　これは、石炭層が泥炭層から変化したと考えると、現在の泥炭地が海辺の低地や沼地とか、それに続く内陸の大きな川の流域や低地などにあることが多いことからもうなずけます。
　ですから、石炭が出そうな所を探すには、大昔に泥炭地であった所を探せばよいことになります。
　このように、大昔の海陸の分布とか、地形がどうであったかを調べることを、「古地理」を調べるといいます。
　実は、そのような推理をおこなうには、地層の重なりかたや、化石や岩石を詳しく調べた資料を基に考えなければなりません。
　したがって、古地理かわかって石炭のありかを探すのではなくて、逆に石炭や、それ以外の地層や岩石や化石を調べて、石炭のありかを探してから古地理を考えるのが普通の研究の進めかたなのです。

�A　石炭のありかを探す

　石炭のありかを探すのにはどうすればよいのでしょうか。
　石炭を探すということは、一つは、昔から行われた地下資源を探すこと、もう一つは、それを基にして古地理や、その地方が大昔からどう変わったかという「地史」を探る地球科学的な意味もあります。
　ここでは、まず、さきの地下資源を探すにはどうするかということを、わが国が近代化しつつあった明治の初めの頃の先駆者の物語を合わせて振り返りながら説明することにしましょう。
　わが国が三百年の鎖国から覚めて開国に踏みきり、当時の国際社会の一員として近代化を始めた明治の初年のことです。
　まず、工業化――といっても当時のことですから、蒸気機関を動かすことぐらいから始めたのですが――を進めるために、国土にどんな資源があるかという調査が始められました。

�B　アメリカの繁栄をもたらした石炭

　当時の米国は先進ヨーロッパ諸国に追いつき追い越せという勢いで、工業化を進めていました。
　たまた圭米国東部には石炭紀の炭田があったので、当然その石炭がエネルギー資源として調査されました。
　実は、この石炭紀の炭田は、ペンシルバニア州の東部などでは、その夾炭層の傾斜が急であったり、波うつようにその傾斜が変化しています。
　このように、地層が波状に傾斜を変えることを地質の専門用語で「摺曲」（しゅうきょく）しているといいます。
　地層はもともと水平に近い状態で積もり、そのまま持ち上がると、あまり傾斜していません。
　傾斜が急であったり褶曲していることは、きっと積もったあとに一方がいちじるしく持ち上がったり、横から押し付けられたりしたからにちがいありません。
　そのような力は地球上で山を持ち上げる運動だと考えられるので、摺曲ができたり、地層がちぎれて断層をつくる運動のことを「造山運動」と呼んでいます。
　地質学の用語で米国東部の地質の様子を説明すると、東側にゆくほど造山運動の影響を受けていたということになります。
　開拓や開発が遅れた中西部に向かうにしたがって、その影響は少なくなり、地層も石炭層も、ほとんど水平に重なっています。
　しかし、こうしたことは、地質調査の進んだ現在だからいえるのであって、調査の進行中の当時は、夾炭層がどこに、どのように分布し、また、何枚の石炭層がはさまれているのか、ということを明らかにしなければなりませんでした。
　また、現在でこそ、人工衛星のランドサットからの映像を解析したり、飛行機から撮影した空中写真を図化して地形図をつくったり、地質を判読したりすることができますが、当時はそのようなことは不可能でした。
　したがって、地質調査をするためには、地形の測量をして地形図をつくることも同時に行わなければなりませんでした。
　夾炭層が露出している川や沢を測量しながら歩き、石炭層が出ていると、厚さがどのくらいあるか、その上下の地層にどんな岩石があるか、傾斜はどのくらいあるか、次の石炭層までどんな地層がどれだけの厚さあるか、その途中で断層や摺曲がないか、というような観察と記録を続けてゆきます。
　こうした作業を隣の沢でもおこない、さらに地域を広げて、同じ石炭層がどれほど横に連続するかを確かめます。
　このようにして、どんな性質の石炭層が、何枚、どれくらいの広がりであるか、という問題にたいする答えが出せるようになります。
　地質調査と測量が同時に行われていますから、どの石炭層をどのように掘るかというような次の作業のための基礎資料もできあがります。
　こうした地道な調査の結果から米国東部の工業化が進み、その結果が今日の米国の繁栄をもたらしているのだということができます。

�C　炭田調査から生まれた地向斜（ちこうしゃ）という考え方

　ライマンを指導したホールは、このような作業を進めて米国東部の炭田の調査をしているうちに、資源についてばかりでなく、地質学的にも非常に重要な事実が隠されていることに気づきます。それは次のようなことです。
　おそらく低地の湿地のような所でたまった泥炭層が石炭層に変わったのだろうが、その石炭層が厚い夾炭層のなかに何十枚とはさまれているのは、きっと、下の泥炭層がたまったあとに地盤が沈下して地層がたまり、その次の泥炭層がたまる。
　そのようなことが、次々に行われたにちがいない。
　したがって、その泥炭ができた石炭紀には、米国東部では、地層が積もりながら、次々と地盤が沈降しているような状況にあったにちがいない、と考えたのです。
　現在の知識では、米国東部の石炭紀の主要夾炭部の厚さは約一五〇〇メートルで、そのなかに名前のついた厚い石炭層だけでも五〇枚もあることがわかっています。
　ホールが詳しく調べて気づいた事実をもとに、一八七三年にデーナーという人が、このように地層が積もりながら次々と沈下する地帯を「地向斜」（ちこうしゃ）と呼ぶことにしようという提案をしました。
　この地向斜ということばや考え方は、その後の地質学の発展に重要な意味をもつようになります。
　最近では、現在の地球上で地向斜に相当する所はどこかという問題で、ホールやデーナーが考えたころの地向斜の意味は少し変わってきていますが、当時としては、資源調査のための細かい、確実な野外資料の積みあげのうえに立てられたこの考え方は、きわめて重要な意味をもっていたといえるでしょう。
　もしも、ホールやライマンたちが、細かい観察や、正確な測量結果や記録をかさねた地質調査をしていなかったら、米国の工業化も遅れだろうし、このような地質学的な考え方も出なかったでしょう。

　現在の北海道大学の前身である札幌農学校の、そのまた前身である開拓学校の、しかも仮校舎が、東京は芝の増上寺の境内に設けられ、選ばれた一三人の日本青年に特別教育を始めます。
　科目は数学・物理・化学の初歩から、地質調査に必要な測量・地質・鉱物の専門分野までを含み、これを半年で終えて、翌年の春には青年だちとともに北海道に渡り、それからは実地の教育と作業が行われました。
　ライマンの一行の北海道地質調査は、三年間にわたって進められ、人跡未踏の山や川に入り込み、石炭、石油、石灰岩、砂鉄、硫黄、金、銀、マンガン、銅などの地下資源を注意ぶかく記録しました。
　そして記録した一冊二〇〇ページの野帳は一八〇冊に及び、これに付けられた地形図や地質図は二六枚にもなりました。
　それらは『北海道地質総論』と『北海道地質要略図』としてまとめられ、明治九（一八七六）年に出版されました。

�E　流炭を手がかりに炭田を探す

　さて、話を石炭の調査にもどしましょう。ライマンや弟子の日本青年の一行は、北海道で一番大きな石狩川をさかのぼり、またその支流へと入り込みます。
　川は上流から土砂を流し出しますから、その砂つぶや岩石の破片を調べると、その上流にはどんな岩石があるかが、おおまかに推定できます。
　砂金などもそのような砂礫（されき）の中から発見できますが、くずれやすい石炭は小さな破片で流れています。
　それを頼りに支流をしだいに上流にさかのぼると、石炭の破片も大きさと量を増し、石炭の露頭が近いことがわかります。
　このように、露頭から風化して自然にくずれて流れ出し九石炭片を流炭（りゅうたん）と呼びますが、ライマンたちも、この流炭をたよりに石炭層の露頭を探しました。
　石狩川の支流の空知川（そらちがわ）が石狩炭田の北端を横切っている所があって、住友石炭鉱業という会社の赤平（あかひら）炭鉱が石炭を掘っている付近では、空知川の本流の石炭層の露頭がライマンたちによって発見され調査されました。
　内陸部の炭田はこうして発見されましたが、実は海岸部には、幕末から小規模に石炭が掘られていた炭鉱が一つだけありました。
　それは、道西の積丹（しゃこたん）半島の西側のつけねの岩内（いわない）のそばにある茅沼（かやぬま）炭鉱でした。
　ライマンたちは、ここでも測量をしながら石炭がどのように地下に埋もれているかを調べ、彼が、インドでえがいたと同じような地下構造図をつくり、地下にある石炭の量を試算したのです。
　どれくらいの量の石炭が地下に埋もれているかの計算を「埋蔵炭量計算」といいます。
　その方法の概略は、石炭層の分布する面積を地質調査結果から推定し、これに石炭層の厚さを掛けて石炭層の容積を出し、さらに石炭の比重（一・二〜一・五）を掛けて重量（トン数）で算出されます。
　分布面積は石炭層がどのくらい広がっているのかを露頭での連続性で調査して地下構造図をえがき、斜面積（傾斜している場合の実際の面積）を用います。
　このようにして彼が算出した炭量は三八五五万トンでした。
　第二次世界大戦後、国内の石炭資源を再確認しようということで、日本工業標準規格（ＪＩＳ）によって埋蔵炭量計算法が決まり、昭和二五年と三〇年に全国埋蔵炭量計算が行われたとき、算出されたこの炭田の理論可採埋蔵炭量（掘ることのできない部分を除いた炭量）は三七八二万トンになりました。
　この数値をライマン加算出しか数値と比べてください。
　埋蔵炭量などという考えを日本人が持っていなかった百年前に算出した値の正確さは、彼の炭田地質調査がいかに正確であったかを示しているといってよいと思います。
　茅沼炭鉱は閉山して現在は採掘されていませんが、石狩炭田は、その後、彼の弟子たちが再精査に入り、次々と有望な場所が発見されて、現在も採掘が続けられています。

�F　すぐれた日本人の弟子たち

　石狩炭田は、わが国で一番大きな炭田ですが、ここには「異人沢」とか、ライマンの弟子の西山省吾の名をとっだ「西山沢」とか坂市（ばんいち）太郎の発音をとった「盤の沢」（ばんのさわ）といった沢の名が見いだされます。
　また、ライマンのすぐれた弟子たちは、その後、主に石狩炭田の開発に参加し、石炭会社ができると、ライマンに教わった調査方法を、それぞれの会社の現場で実践的な地質調査法として伝えることになります。
　ライマン自身はというと、三年の北海道の調査ののち、東北裏日本の油田地帯の地質調査をおこない、わが国の油田地質調査のさきがけをつくっています。
　ところが、明治八年に東京大学の最初の地質学の教授として、ドイツからナウマン（一八五四〜一九二七）が招かれ、同一一年に地質調査所設立を提案して、みずから技師長に就任して日本全域の地質調査をも手がけます。
　ライマンは、もはや日本における自分の仕事は終わったと考え帰国することにしました。
　帰国後の彼は、ペンシルバニア州で地質調査の仕事を続けますが、日本に残した弟子たちにのちのちまでも手紙を送りつづけ、彼らを励ましているのです。
　また後年、米国政府の要請でフィリピンの炭田調査に行った帰りには、わざわざ日本に立ち寄り、若いころに山野で行動を共にした弟子たちのその後を見とどけるなど、師弟愛の細やかさが語り継がれています。
　これはライマンの人となりを物語ることではありますが、半面、彼の弟子たちが優秀であって、彼の分身のようになって、いかにわが国の炭田地質調査に尽くしていたかをも物語っていると思います。
　というのは、ライマンが日本に来で仕事を始めてからの弟子たちのことを、前に調査したインドでの経験と比べて、非常にすぐれていると米国の知人に手紙で伝えているからです。
　同じようなことは、明治の初年に外国から招かれて来た教師や技師たちにもあてはまるようで、たとえば、北海道大学の前身の札幌農学校開設当時に来日し、帰国時に教え子たちに「青年よ、大志を抱け」（Boys be ambitious!）と言い残したクラークや、わが国の大学での工業教育に尽くしたダイヤーとか、科学教育に尽くしたモースなど、だれもが同じように、教え子の熱意に満足感をいだいていたようです。
　そのような日本人の素質は、みなさんのなかにも引き継がれていると思いますが、これは、時代が変わっても忘れてはならないことです。

�G　日本の地質学の進歩をもたらしたもの

　明治初期に日本に近代的な地質学がとり入れられるにあたって、ここに紹介したライマンとナウマンの二人の外人ほど、のちのわが国の地質分野に大きな影響を与え九人はいなかったでしょう。
　それは、ライマンによる資源の探査・開発を念頭においた実用的な地質学（広い意味での応用地質学）、そしてまた、ナウマンによるドイツ流の、どちらかといえば哲学的な地質学の二つの大きな流れです。
　前者は、その後、とくに石炭鉱山を経営する鉱山会社での独自の技術として実際面で成果をあげながら引き継がれ、後者は、その後の主に国立大学の理学部地質学教室という教育機能をと対して受け継がれ、それぞれ独自の発展をとげました。
　第二次世界大戦が終わり、戦前の財閥が解体されると、それぞれの企業での社外秘だった地質の資料が一般の目に触れるようになりました。
　そのなかに、石炭会社が、ライマンやその弟子たち以来みがきあげた技術でもってえがいた、詳細な炭田調査資料がありました。
　それは、昭和二〇年代の戦後の混乱と物資不足の時期であっただけに、地質学を志す当時の青年たちに大きな衝撃を与えました。
　たとえば、縮尺三〇〇〇分の一とか五〇〇〇分の一の実測地質図やその断面図、また、縮尺一〇〇分の一の実測連続地層柱状図などは、それだけでも見る者をして「なるほど」と納得させるだけの説得力がありました。多くの地質研究者が、このような精密な調査手法を参考に野外調査の見直しにかかりました。
　その経過で、さらに多くの、また独自の野外調査法が考え出されて、新事実が発見され、試料が蓄積されてゆきました。
　その結果が今日のわが国の地質学の進歩をもたらしたといえるでしょう。
　詳細な野外観察と調査、それに室内実験や研究による検証を加え、確かな理論を組み立てるのが、今日では日常あたりまえの作業のように進められていますが、そうなるまでには、実は、これまで述べたような長い歴史と先駆者の努力とがあったのです。

　2 石炭を探しあてる　top

　前の節では、石炭を探すのに、先駆者がどんな苦労をかさねたかを振り返ってみました。
　私たちが、今日便利に生活できるのは、こうした先駆者の努力があったからなのですが、それでは、現在では、どのような石炭資源の調査が行われているのでしょうか。
　このことに触れてみますが、みなさんは、ここを読むと、きっと、現在でも先駆者と同様な苦労が続いている面と、その当時よりはずっと便利になっている面との二つの面を発見できると思います。
　そして、そのような努力と進歩のなかで探しあてた石炭資源が、どんな方法で掘られ、どう利用されているのだろうか、という疑問を持つことでしょう。
　その疑問は、このあとで考えることにして、まず、現在の石炭資源の調査のしかた、つまり、炭田地質調査法について、概要を説明しましょう。

�@　空からの情報で石炭を探す

　現在の調査法が先駆者のころに比べてもっとも変わった点から見てみましょう。
　それには、まず、ランドサットなどの地上探査衛星からの情報や、飛行機を飛ばして得られる空中写真のような、さらに精度の高い情報が入手できるということがあります。
　人工衛星からの情報は、やや大まかですが、今まで地上で得られた情報と組み合わせると、未調査地域の地質状況がどうなっているかという予想や推定ができます。
　とくに地下の浅い部分についてはいろいろなことがわかります。
　私は、中国東部の揚子江流域の平坦地で、その地下に泥炭が、どの位置に、どのくらいの厚さで埋もれているか、という情報をランドサットの赤外線の画像から得て、これをコンピュータで処理し地表調査へのヒントに利用しているのを、中国石炭科学院地質調査所の成果として見聞しました。
　飛行機を飛ばして、あらかじめ調査予定地の情報を集めることは、各分野でいちじるしく進歩しました。
　空中写真から地形図をつくる作業も精度があがりました。
　しかしこの場合も、三角点や水準点などのような、高さ（標高）がわかっている点がなければなりません。
　標高や位置を決めるのには測量をしなければなりませんが、これも先駆者の時代とはちがって、電波を使って、短時間に高い精度で行えるようになりました。
　飛行機による調査では、空中写真のぼかに、空中放射能、空中地磁気、空中重力といっか、地球物理学的な情報も得られるようになりました。
　こうした地球物理学的な情報と地質現象とを結びつけて考えることは大変むずかしいのでここでは省きますが、時間をかけて、他の参考書で勉強してみてください。

�B　ハンマー片手に山を歩いて調べる

　さて、どんなに詳しく人工衛星からの情報を処理しても、また、どんなに丹念に空中写真を判読しても、夾炭層のなかに石炭層が何枚あって、それぞれが、どのくらいの厚さがあるのか、さらには、その石炭がどんな性質のものか、といったことはわかりません。
　最後は、やはり、先駆者が山や沢を歩いて調査したように、地質調査の原点にもどって、山を歩き、ハンマーを手にして、直接、地層や岩石と対話することによって、自然のなかに隠された事実を聞き出さなければなりません。
　先駆者の時代と多少ちがうのは、ジープとか、ヘリコプターといった、移動に便利な手段が使えることがあるという程度でしょう。
　そして、先駆者たちが移動や地形測量に費やした時間を、直接的な作業にあてて、効果的に調査しなければならないわけです。
　先駆者の時代も今も変わらないことの一つに、地表調査での岩層の露出状況があります。
　下流で流炭を見いだして、上流に夾炭層があることが推定できても、実際に石炭層が露出しているかどうかはわかりません。
　表土で覆われていたり、岩塊がくずれ落ちていたりして直接見ることができないことが多いのです。
　自然状態で岩層が露出している部分をつなぎ、見えない部分をシャベルや鍬（くわ）で掘りおこし、地層が全部、欠けることなく見られるようにして調査しなければならないのです。
　このようにして調べる方法を「溝掘り調査（トレンチング）法」とか「皮剥（かわはぎ）法」とか呼びます。
　最近では、鍬やシャペルを上手に使える人が少なくなったので、沢が大きいと、小型のブルドーザーやバックフォーなどの土木工事用の機械を使うことがあります。
　日本の国内では、このような方法は山の自然をいためるため、とられにくくなりました。
　山の自然をいためないように、自然のままの露頭をなるべく利用して、その間を皮剥ぎして結んだあとに、今度はどんな調査をすると思いますか。

�C　地層の重なりを柱状図に示す

　最近では、この作業をコンピュータが代行できるようになりました。
　地層柱状図の縮尺は一〇〇分の一（すなわち地層一メートルが柱状図一センチメートル）、炭層柱状図の縮尺は五〇分の一（すなわち五〇センチメートルが一センチメートル）であることが多いのです。
　書きあげた柱状図を次々に隣の沢でつくって並べてゆくと、地層や石炭層がどのように厚さを変えているかがわかってきます。
　もし断層が出て、地層が切断されていると、その断層で、石炭層がどのように切れているかの推定ができるようになります。
　地層の傾斜や、断層を「クリノメーター」で測定した値で記録しておいたものを、地質断面図で作図すると、地下で地層や石炭層がどのようになっているかが推定できるのです。
　炭層柱状図を並べると、石炭層がどんな変化をするかが読み取れます。
　このように、地層柱状図を比べて、ある場所の地層が、他の場所のどの地層と同じであるかというような調査をすることを、地層（や石炭層）を「対比」（たいひ）するといいます。
　完全地層柱状図を対比すると、地層や石炭層がどのくらい連続するかの見当がつきます。
　もちろん、資源としての石炭層加厚くて、長く連続していることが好ましいのですが、どこでもそうであるとは限りません。
　なぜそのように変化するかについてはあとで触れることにして、ここでは、地質断面図をどのようにして作図するかについて少し説明しましょう。

　これで地形断面図はできあがりましたが、これに地質の様子を記入しなければなりません。
　まず、地層や炭層の傾斜を作図して入れます。
　クリノメーターで計った傾斜は、水平面から下に何度という読みかたでしたがら、そのように記入します。
　例にあげた図は、簡単にするため、断面線が地層の走向と直交するように引いてあるので、読み耿ったそのままの傾斜を記入してかまいません。
　これを「真傾斜」といいますが、もし、断面線が斜交していたらどうなるでしょう。
　そうです。ちょうど、スキーで斜滑降するときのように、断面線の方向が走向方向に近くなればなるほど、断面に現われる見かけの傾斜は緩くなります。
　走向と断面線の交わる角度と、真傾斜がどのくらい緩い見かけの傾斜（これを「偽傾斜」といいます）になるかは、作図でも出せますし、三角関数を使って計算でも出廿ますが、それは数学で勉強してもらうことにして、記入した傾斜から地下にどのように地層や石炭層が伸びているかの作図をしてみましょう。

図2-7　二等分線法とバスク法

　この作図の方法には「二等分線法」とか「バスク法」とかがあります。
　前者は炭田の、後者は油田の調査に、よく使われます。
　図2-7に示したように、両方とも、断面図のなかでは地層の厚さが変化しないようになっています。
　実際は、さきの地層柱状図の対比を行えばわかるとおり、地層の厚さは変化することが多いので、断面図で書いた地下の様子も、実際はそのままではないと思われます。
　それを確かめるにはどうすればよいでしょう。この問題は先駆者の時代にもありましたが、現在のほうがもっとも重要になっています。
　というのは、先駆者の時代は、石炭と限らず、地下資源は地表の浅い部分を対象にしていればよかったのですが、現在では深い部分をも対象にしなければならないからです。
　そのためには、より正確な情報を事前に得ていなければなりません。

�E　物理探査とボーリング

図2-8　地下探査のためのボーリング機械
地質断面図を作図よりも正確につくる方法には、物理探査による地下の様子の診断と、ボーリングによって直接に確認・調査する方法とがあります。 　物理探査は、とくに石油の探査に使われますので、詳しいことは、このシリーズの姉妹編『石油はどうしてできたか』（田口一雄著　地球の歴史をさぐる�I）で勉強してください。 　物理探査は、地下の岩層に地震波が伝わる速度や、それが反射して返る速度から、その岩層がどのように入っているかを知る方法ですが、これで推定した地下の様子を確認しようとすれば、最後はボーリングによらなければなりません。 　ボーリングは石油を地下から汲み出すのに必ず使いますから、これも詳しいことは『石油はどうしてできたか』で勉強してほしいのですが、炭田ボーリングの場合は、たいてい「コア」を採取する点が油田ボーリングとちがっているのです。	図2-8　地下探査のためのボーリング機械

　コアというのは、ボーリングで穴を掘るときに使う「ロット」という掘管の先端に特殊合金の歯や粟つぶほどのダイヤモンドを多数埋め込んだ特殊な筒をつけて、水や泥水を送りながら回転して岩層中をくり拔くときにできる円筒状の岩石のことをいいます。
　図2-8に示したように、地下の岩層をこのようにして引き揚げてきます。
　コアの部分の岩層を観察して、地層の傾斜から、真の地層の厚さを出して地層柱状図をつくり、地表で調査した柱状図と対比して変化を調べ、さらに、地表の資料にもとづいてえがいた断面図との差異を確かめます。

　この差異がどのくらい出るかを、実際の例で図2-9に示しました。
　これはもっとも複雑な例ですが、地下に石炭層がどのようにあるかを探ることは、大変むずかしいことなのです。
　そして、石炭は石油と違って、地下に人間が入り込んで掘り出さなければなりませんから、そのありかを事前に詳しく調べておく必要があるのです。

�F　海底にものびる石炭探し

　先駆者が足を使って山野を歩き、石炭層の露頭を探していた時代は、発見できた露頭から、すぐにでも石炭を掘って使うことが考えられていました。
　それから百年以上もたってしまったので、消費地に近い、または、地表に夾炭層が露出する炭田の大部分は、これまでお話したような方法で調べられて、掘られていたのです。
　それでは、その後、または、これからは、どんなところが、どのように調べられるのでしょうか。
　それは、今まであまり人が入っていない所や、地表を厚い表土や新しい地層で覆われている所とか、海底などが対象になります。
　海底の炭田といっても、多くの場合は、これまで海岸地区で採掘していたものがしだいに海底に伸びているものが多く、そこでは、海上ボーリングや、海上物理探査が主な調査法になるのです。
　海上から海底の地質の状況を調べる方法は、現在では、とくに海底油田の探査で盛んに用いられているので、これも姉妹編の『石油はどうしてできたか』で勉強してください。

�G　オーストラリアの炭田調査

　なぜ私たちがオーストラリアへ石炭を探しに行ったかということも、ここですこし触れておかねばなりません。
　わが国が今では世界でも有数の製鉄国であることは、すでにみなさんも知っていると思いますが、私たちがオーストラリアに石炭資源を探しに行ったころは、その製鉄に使うコークスをつくる原料炭の大部分を米国から輸入していました。
　資源の輸入先が一国に限られるのはあまり好ましいことではないし、米国東岸からはるばるパナマ運河を通って運ぶのも不経済です。
　そこで、太平洋に面した、もっと近い所に原料炭のある大きな炭田がないか、ということが問題になっていたのです。
　それでは、製鉄用コークスをつくるのにはどんな石炭がいいか、という疑問が出るでしょう。
　その説明はあとで詳しく述べますが、石炭というものは、どれでも良い質のコークスをつくるとは限らないのです。
　揮発成分が二〇パーセントくらいの、低揮発分の瀝青炭という種類の石炭がもっとも好ましいのです。
　そのような石炭がどうしてできるかという問題も、あとで詳しく説明しますが、ここでは、オーストラリアのツインズランドのどこに、そのような石炭があるか探したことを述べることにします。

�H　大向斜炭田の調査にいどむ

　当時のオーストラリアの資料によると、クインズランド州東部に、日本の東北地方ほどの大きさの「大向斜炭田」と呼ばれる炭田のあることが、先駆的探険家たちの調査結果からわかっていました。
　ただ、地表がいちじるしく風化して土に変わっていたり、新しい土砂が覆っていたりして、どこに、どんな性質の石炭が、どれくらいあるかというような詳しいことは、ほとんど知られていませんでした。
　ただ、揮発分が一〇パーセント台の無煙炭の小さな炭鉱があるほか、農家で掘った水井戸に石炭があったことなどから、広い炭田であるうという程度のことは知られていました。
　しかし、どこかに揮発分か二〇パーセントくらいの石炭がありそうな予感がしました。
　厚い表土に覆われている草原地帯ですので、日本の山地のように岩層が川や沢に露出していることはほとんどありません。
　その頃のオーストラリアの市販の地図は、主要道路や土地の境界、大きな川と目立つ山が記入されている程度ですから、わが国の国土地理院で出している縮尺五万分の一、二万五〇〇〇分の一の地形図を使い慣れているわれわれにとっては、ほとんど白地図のようなものでした。
　たまたま、付近を南北に流れるドウソン川の水を利用する灌漑計画のための地形図を作製するために空中写真が撮られていました。
　この空中写真は、地形ばかりでなく、おおまかな地質を判読するのに大変役に立ちました。
　表土に覆われている地下の地質の状況を、おぼろげながら表わしているのです。

�I　わずかな手がかりを頼りに

　北のほうで無煙炭を擺っている小さな炭鉱のある付近では地層の走向を示す縞状の模様が北西に曲がっています。
　またそこから南では南北になり、かつ、縞模様の幅が開く傾向かあります。
　そのような空中写真の判読をしながら現地に行ってみると、無煙炭の炭鉱のある所では、地層がわずかに露出しているものの、それ以外は平坦な草原で、ところどころ小高い丘があって、地層の傾斜と思われる斜面が地形に現われた「ケスタ」と呼ばれる地形が見られる程度でした。
　そして、草原のなかに風化した岩石の破片がところどころに点在するほかは、地質的な情報はほとんど得られません。
　しかし、よく注意してみると、東方の草原のなかにときどきとび出ている石灰岩の小露頭には古生代の腕足類の化石が入っていて、明らかに海でたまった地層であることがわかるし、その西側草原や道端には、まれですが、珪化木化石の破片が見られることがあります。
　さらに西へ行くと、路面が赤くなっていて、その下には風化すると赤くなる地層が分布することがわかりました。
　これらの事実を組み立ててみると、無煙炭の出る夾炭層は、北では傾斜が急だけれども、南にくるにしたがって傾斜は緩くなり、その東（下位）には海成層が、また、西には、たぶん陸成の赤色岩層があって、その間のどこかにコークス原料炭になる炭層が埋もれているだろうということがわかってきました。
　このように書くと、しごく当り前で簡単のようですが、農家が数キロメートルとか十数キロメートも離れて点在し、草原といっても、農家が所有している牧場で、その境や区画には杭を一直線に打って針金や金網がえんえんと張りめぐらされていて、それを無断で越えようものなら、牛や羊の泥棒と思われライフルで撃たれても仕方がないという土地ですので、ジープで遠回りして地主の家に行って断ってから調査に入るなど、ずいぷんと時間がかかりました。

�K　ボーリング調査で石炭層をつかむ

図2-12　ボウェン炭田で地質調査に使った移動式ボーリング機械。 左＝マツカーシーボーリング（最大100メートルまでしか掘れない）。 右＝ポークドリル（最大450メートルまで掘れる）。

　さて、夾炭層が分布することが予想されても、問題の石炭については、まったく不明です。
　そこで、トラックに乗っていて移動のできる小型のボーリング機械で計画的に調査することにしました。
　この種のボーリング機械は多くの種類がありますが、私たちは写真（図2-12）のような二種類のものを使いました。
　普通はボーリングで穴を掘るときは、刃先の熱と、切り込んだ岩石を除くために水や泥水をポンプで送るのですが、この地方では水が貴重なため、空気をコンプレッサーで送る方法をとりました。
　この方法ですと、コアを取りながら調査するよりも早く掘れて経済的です。
　しかし、岩片で地質を判断しなければならないことと、一本のボーリングだけでは、地層の傾斜がわからないという弱点もあります。
　そのため、空中写真の判読でわかった走向にたいして直角方向に直線状にボーリングの列を設けます。
　一本のボーリングが、どのくらいまで掘り下げられるかは、あらかじめはっきりしません。
　というのは、所によっては地下水がにじみ出るかもしれないので、その場合は空気を送っても、穴底で岩粉が固まって掘れなくなるからです。
　だから最初は、あまり間隔をおかないで、どんな地層や石炭層が破片でどの深さから上がってくるかを注意しながら対比して、ボーリングします。

　このようにして走向が確認できれば、その走向方向の延長で、同じようにして、ボーリングの列を設け、次々と調査範囲を広げるのです。

�L　石炭の粉を燃やして性質を調べる

　以上の作業を続けると、夾炭層がどんな岩層で、何枚の石炭層がはさまれていて、それが走向方向でどのように変化するか、といったことがわがってきます。
　しかし、これだけでは、その石炭がどんな性質のものかはわかりません。
　なるべく風化していない部分で取れた石炭の破片を分析所に送って分析してもらいますが、加熱したとき良質のコークスになるような粘結性があるかどうかというもっとも重要な性質は、現地でも見当がつけられます。
　採取した石炭を粉に碎き、小さなブリキ缶に入れて、焚き火のなかで急熱すると、揮発性成分が、あらかじめあけておいた小さな穴から吹き出して、引火します。
　ころを見計らって引き出し、急冷して蓋を開けると、粉炭が発泡してコークス状になっていれば成功です。
　しだいに北に移動して、無煙炭鉱山に近くなると、缶の中の粉炭は熱してもコークス化しなくなります。
　このようにして、ボーリングの調査をしながら、コークス化する原料炭が、どの範囲に、どのくらい埋蔵されているか、という推定ができました。
　私たちが調査して、もっとも採掘しやすいと推定した場所が、さらに詳しく調査されて、その後、石炭層の上にある表土や岩層か除かれる露天掘（ろてんぼり）という採掘方式で石炭が掘られ、全量わが国に輸入されるようになりました。

�M　一七年ぶりの対面、大炭田に！

　一九七六年に、第二五回万国地質学会議がオーストラリアのシドニーで開かれましたが、私は、その会議前の地質巡検に、この大向斜炭田の視察が入っているコースがあったので参加し、一七年後の現地と対面することができました。
　当初、なにもなかった平坦な牧場に、表土や岩層を擺り起こした岩塊の人工山脈がえんえんと連なり、石炭を掘った跡が、これまた大きな溝状に連なっている様子は、この工事の大きさを、まざまざと思い知らされました。
　炭田全体は向斜をしていて、この地点が東側になりますが、夾炭層が一度地下何千メートルも濳って、また西側で百何十キロメートルも離れて顔を出した所でも、同様にいくつもの露天掘の炭鉱で採掘が続けられていました。
　これも、私たちが最初に海に近い東側で調査して成功したことに刺激されて調査した結果、発見されたものだったのです。
　この石炭も全量わが国に輸出されていました。
　このように、オーストラリアの天然資源がわが国の製鉄工業の発展に役立ち、またその探査の初期に私たちの地質調査が貢献したことを確かめることができました。
　同時に、一七年前までの静かな牧場が、このように変化してしまっている現状をも目の前にして、大変複雑な気持になりました。

　3　掘られる石炭　top

　古代人が、この黒光りする燃える石に気がついて、最初に利用しだしたのは転がっている破片からでしたが、やがて石炭層の露頭を崩し、しだいに掘り進んで、トンネルのような穴をつくったことでしょう。
　昔のことですから、とくに石炭を掘る道具や機械もなかったので、手掘りで、鎚や農作業用の鍬が使われたと思います。
　英国で産業革命が起こったころは、専用の鉄の工具もつくられてきたし、燃料用に石炭が求められていたので、その採掘量もしだいに増加しました。
　一六世紀後半の英本土の年産は二万トン程度だったのが、一七世紀後半には一〇倍以上の三〇万トンという数値が出ています。
　ちなみに、炭鉱が機械化された一九一〇年代には三億トン弱、近年では一億トン強の年産になっています。
　石炭の採掘に限らず、地下資源を利用する初期のころは、洋の東西を問わず、地表から簡単な道具で掘りはじめたので、作業条件はきわめて悪く、危険性も高いのが普通でした。
　わが国でも近代化・工業化の初期の明治時代には、機械化が遅れていて、坑内の採炭や運搬までを一家総出で請負っていたりもしていたのですが、その様子は、古い資料が残っている石炭記念館で知ることができます。
　昭和二（一九二七）年に婦女子の坑内労働が禁止され、炭鉱は男の世界になりました。
　最近では、坑内作業も合理化・機械化され、近代的な作業環境に変わっています。
　しかし、どれほど近代化・合理化されたとしても、地下で仕事するという作業条件は何百年前と同じで、むしろ、最近では、昔よりも深い所まで掘り進んでいますから、その自然条件は以前よりもきびしくなっているといえます。
　では現在の石炭採掘がどんな方法で行われているかを、いくつかの例で、ながめてみましょう。

�@　石炭の二つの掘り方

　炭田の地質調査が進むと、地下のどこに、どんな石炭層が、どのくらい、どんな形で埋もれているか、ということが明らかになります。
　新しく発見された炭田では、このような地質の資料にもとづいて開発の計画が立てられます。
　だいぶ前に露頭の石炭圈にとりついて、ずっと掘り進んで現在は深くまで下っている炭鉱では、これから先の石炭層がどんな状態にあるか、という調査が行われていて、その資料をもとに深部開発計画が立てられるのです。
　いずれにしても、開発計画を立てる場合に、大きく分けて、坑内掘と露天掘との二つの方法が用いられます。
　この二つの方法のうち、坑内掘のほうは昔から行われており、大規模な露天掘ができるようになったのは、大量の土砂や岩石を破壊、運搬できるようになった最近のことなのです。
　ここでは、歴史の古い坑内掘から説明しましょう。

�A　坑内掘の方法

　坑内掘でもっとも一般的な方法は、斜坑（しゃこう）による開坑方法で、それも石炭層の傾斜の緩い場合の沿層斜坑による場合です。
　地表の露頭から石炭層のなかを平行に二本の坑道を降ろして行きます。
　このように石炭層のなかに掘られた坑道のことを「沿層（えんそう）坑道」といい、そうでない岩石を掘ってつくった坑道のことを「岩石坑道」といいます。
　沿層斜坑がなぜ二本なのかというと、一本から坑外の新鮮な空気を送り込み、他の一本を通し、石炭から出るメタンガスを薄めて坑外に出すためなのです。
　はしごの段のように、両方の坑道を目貫（めぬき）という短い坑道で結び、一番奥だけに新鮮な風が通るようにして掘り進みます。
　後の目貫坑道には風門（ふうもん）という扉を付けてふさぎ、人は通れるけれど風が抜けないようにします。
　斜坑が深くなったり、これを使って周囲の石炭を掘り出せる範囲の広さが決まると、それに応じて、一方の風を出す排気斜坑の坑口には大きな吸出式の扇風機を付けます。
　このように、坑内にいつも新鮮な空気が流れるようにする作業を「通気を取る」といいます。

�B　斜坑方式

　斜坑を掘るには、坑口の外に捲上機といって、強力なモーターに大きな円筒を付け、これに鋼製のローブを巻き付けて、坑内から石炭を積んだトロッコを引き揚げる設備をつくります。
　もちろん、坑道の下にはレールを敷き、ロープが枕木をすりへらさないように、コロと呼ばれる滑車がところどころに付けられます。
　坑内で作業する人たちが昇り降りするのに使う斜坑人車も、この捲上機で運転されます。
　また坑内で使ういろいろな道具や資材を送り込むのもこの斜坑です（図2-15）。
　このように、人員、石炭、材料を勣かすのが運搬作業ですが、石炭を地下から掘り出すのには、この運搬作業が必要であることはいうまでもありません。
　沿層斜坑のような重要な坑道は、その炭鉱が作業している間は崩れないように、坑木や鉄枠、さらには鉄筋コンクリートで天井や横を覆わなければなりません。
　この作業を「支保」（しほ）といいます。
　支保や通気は、坑内を安全にするための重要な保安作業なのです。
　どの炭鉱でも坑口付近に「安全第一・保安確保」などという標語が掲げられているのはそのためです。
　沿層坑道を掘るのには、どんな方法がとられるのでしょう。この作業を「沿層（えんそう）掘進」といいますがこれには炭鉱の規模によって様々な方法があります。
　もっとも簡単なのは、坑外にあるコンプレッサーから送られてきた圧搾空気を使ったコールピックという小型の削岩機を用いて、少しずつ崩す方法です。
　その次に効果のあるのが、大型の削岩機で石炭層中に長い穴を何本もあけ、そのなかに火薬を詰めて発破（はっぱ、爆発）させて、一度に大量の石炭を崩す方法です。
　石炭層が厚くて、掘る坑道が大きい場合は、削岩機を何台も乗せた台車で作業することもあります。
　さらに機械化すると、各種の連続掘削機（コンティニヤス・マイナー〔図2-18参照〕）が使われます。
　この機械には、それぞれ特徴のあるいろいろな種類のものがありますが、共通することは、特殊鋼の爪が多数付けられた回転部があって、これで石炭を崩すことと、崩された石炭をかき集めて、まとめて後の運搬機まで送ることの二つの作業が一台の機械でできるようになっていることです。
　この種の機械は沿層坑道の掘削機としてばかりでなく、採炭機械としても使われます。
　斜坑に上る開坑方式は、石炭層の傾斜が緩やかな場合は、真傾斜で斜坑を降ろしますが、石炭層の傾斜が二〇度以上の急傾斜の場合は、偽傾斜で降ろします。
　斜坑による開坑方式は、捲上機の能力によって、掘り下げられる限度があります。
　そのため、一番深い坑内に別の捲上機を置いて、さらに深部に掘り下げることもあります。
　しかし、何度もトロッコの列車を切り加えなければならず、また斜坑をゆっくり上下するので時間がかかって非能率なので、そのような場合には垂直方向に運搬する立坑方式がとられます。

�C　立坑方式

　立坑方式は、斜坑方式をエスカレーターに例えるならば、エレベーターに例えられます。
　立坑方式は、最初に斜坑で掘った深部や、石炭層が露頭になくて、深い所にだけある場合に用いられます。
　径が数メートル以上の井戸のような立穴を擺って、コンクリートで周囲を保護し、坑底で人員や資材、石炭が出入りできるようにします。
　坑口の上には櫓を組み、大きな滑車を付け、ワイヤーロープで上下できるように大きな捲上機も設置して、高速で運転します（図2-16）。

�D　採炭のしかた

　立坑や沿層斜坑が掘削されると、採炭が開始されます。
　ところで、この採炭には、沿圈坑道の掘削方式以上に様々な方法がとられます。
　それは、石炭層の傾斜とか、厚さとか、断層や褶曲といった圸質構造の複雑さなどの多くの自然条件と、その自然条件で決まる炭鉱の規模の大きさなどに関係するからなのです。
　ここでは代表的ないくつかの方式を紹介しましょう。

�E　柱房式採炭法

　この支保も一人で運転できる機械で能率よく作業が進められます。コンティニヤス・マイナーも一人で運転・作業をします。
　コンティニヤス・マイナーの後にはシャトルカーという自送の運搬機が、石炭を掘っている場所と、後方の主要運搬機の間を何回も往復して石炭を運搬します（図2-18）。
　宇宙と地球の間を何回も往復するスペースシャトルと同じ意味です。これも一人で作業します。
　石炭を掘っている面を「切羽」といいますが、そこでコンティニヤスーマイナーが作業をしている間に、シャトルカーが石炭を運び、その後をルーフボルティングし、支保が終わった後にコンティニヤス・マイナーが回って来るといった周期で、次々に柱房の数を増してゆくという方法で、規格に合わせて、少人数で高能率の出炭ができるのです。
　この方法は、とくに米国東部などの石炭層の傾斜のほとんどない炭田で主に使われています。
　しかし、図2-17を見ればわかるように、柱の部分は掘れずに残るので、全体の理論埋蔵炭量のなかから掘り出せる石炭の量（実収炭量）の比率、つまり実収率が大変低くなるという欠点があります。
　だから日本のような小さな炭田で、埋蔵炭量が少なく、それに、傾斜の変化が多い場合は適用しにくい方法です。

�F　長壁式採炭法

　これを最初に結んだ沿層坑道に並べると、コの字形の開いたほうが切羽になります。
　開いた側に、下にコンベヤー（運搬機）の付いたカッターローダーを置きます。
　コンベヤーは、平たい鉄の溝のなかをかき板が鎖で引かれて動くようになっていて、上面で崩した石炭を下の坑道へとかき出し、上（高い方）にある坑道から下（低い方）にある坑道へは、鉄板の下をくぐってもどり、カッターローダーが作業している間、この運動を続けるのです。

　下の坑道まで降ろされた石炭は、そこに前もって設置してあったベルトコンベヤーなどによって主要運搬坑道まで運ばれ、さらに幅の広いベルトや、坑内を走る運炭列車で集められて、斜坑ベルトなどで坑外に搬出されるのです。
　上下の沿層坑道は、人員や材料の出入りと通気のために、その部分が掘り終わるまで保たれます。
　したがって、この坑道と切羽との開には保安炭柱が残されます。
　こうして、保安柱以外はまったくといってよいほど掘り出せるので、採掘実収率は高められます。
　しかし、このように大型化しか機械採炭は、動感出すまでの準備に時間がかかります。
　また、石炭層が途中で断層によって切れていたり、断層でなくても、ゆるい褶曲（しゅうきょく）をしていても、それらを乗り切れないと、その場で自走伜の進行が止まってしまいます。
　進行が止まると、岩盤の圧力が加わってきて、ますます動きがとれなくなるといった困った事態が起こることもあります。
　長壁の方向を誤って設定し、最後に斜交する断層で切られたりすると、それから先が掘れなくなり、実収率の低下をもたらすようなことも起こります。
　そのような危険や損失を防ぐには、これから掘るうとする坑内の地質の状況を事前に調べておかなければなりません。
　これも地質調査ですので、ひとくちに地質調査といっても、山野で石炭を探すことから、それを掘る間に安全に作業ができるように調査することまで含んでいるのです。
　機械化した自走枠採炭法も、石炭層の傾斜が水平か、それに近い緩傾斜でなければ適用できません。
　わが国でも例外的に緩傾斜の炭鉱が、北海道東部の釧路炭田の一部や九州の三池炭田などにあって、それらの炭田ではこの方法が活用されています。
　この採炭方法ですと、自走枠の柱の長さだけの厚さの石炭層では全層が採掘できますが、それ以上の厚さの石炭層の場合は、掘り残しが出てしまうので、実収率が低くなって、大切な資源が無駄になります。
　三池炭田では、石炭層が一番厚い所は九メートルもありますが、そんなに長い柱の自走伜はつくれません。
　それでは、貴重な資源の厚い石炭層を無駄にしないように、残さずに、しかも、安全に掘り出すのには、どうすればよいのでしょう。

�G　分層採炭法

　わが国の炭出は小さいため、限られた資源を大切に、かつ能率よく掘ろうとして、いろいろ工夫がなされています。
　苦労して考えだした採炭の技術は世界的な水準にあり、改良された設備や技術が海外にも輸出されているのです。

�H　日本で行われている採炭法

　これまで紹介した採炭方法の例は、水平か、それに近い緩傾斜の石炭層に適する方法ですが、わが国のように傾斜が急な石炭層の多い場合には、そのままでは使えません。
　だから、それに代わって、種々の急傾斜採炭法が考えられています。
　その代表的ないくつかを紹介しましょう。
　石炭層の傾斜が三〇度以上で垂直にまでなると、真傾斜の沿圈斜坑は掘れても、それを切羽にすることは危険です。
　したがって、このような急傾斜の場合は偽傾斜の沿層斜坑を上下の沿層坑道との問に結び、これも一〇〇メート前後の偽傾斜の切羽を設けます。
　この切羽を下向きに掘る場合と上向きに掘る場合とがありますが、下向きの場合は、掘跡が頭上に残りますし、上向きの場合は足下と切羽の間か開いてゆき、どちらも掘跡の空間をなんとかしないと危険です。
　そこで考えられたのが、下向きの場合は上の掘跡が崩れてもつぶされないように傘のような鉄の屋根で保護する「シールド採炭法」で、これは、先の自走伜のコの字型を立てて使うようなものです。
　下を掘り下げながら、シールドを少しずつ下げる方法で、フランス東部の国営炭鉱で適用されているのを見学したことがあります。
　上向きに掘る方法は、坑外の選炭機で石炭だけを取り出したあとの残りの岩石の破片（北海道のズリ、九州のボタ）や、岩石坑道を掘削して出た岩石の破片を足元に流して埋め込む［急傾斜充言］法」が適用されます。
　上向きといっても、本当に斜め上に掘り上がる場合と、走向の横方向で、見かけ上で上向きの場合とがあります。
　どちらも石炭を掘るのには、コールピックや削岩機と発破が用いられよすが、機械化による重装備はしにくくなります。

�J　露天掘

　ただ、ある石炭層の採掘比以内にもう一つの石炭層がはさまれていて、この石炭層も掘れると、そこで採掘比が下げられるので、全体としての実収率を高めることができます。
　このような露天掘は、石炭層の傾斜の緩い安定した犬陸の炭田がある米国、中国、ソビエトなどで盛んに行われています。

　そんなわけで、露天掘には、作業人員が少なく、そのうえ、坑内作業よりも危険性が低いとか、開発を始めると、すぐ出炭できるという利点がありますが、それが適用できるための自然条件は、どこでもあるというわけにはいきません。
　まして、一時的だとはいえ、大地に巨大な溝ができるのですから、それなりに広大な空間のある土地でなければできません。

　石炭層を掘っているときに被害が出れば、その被害にたいする補償や復旧工事が採掘した人の手で行われます。
　しかし、福岡県の筑豊炭田などは、明治初年から百年以上も掘りつくされて、現在はすべての炭鉱は閉山していますが、いまだに鉱害が起こり後遺症が残っています。
　これは、北九州地方の人口密度が高いことにも関係するのですが、地球上で人間が生活している場所で、どのような形であるうと、自然にたいして人間が手を加えると、大小の差はあれ、なんらかの形で自然からの反作用が起こることの一つの例といえるでしょう。
　そのような反作用は、石炭資源を利用した場合の鉱害ばかりでなく、氷を汲みあげることによる地盤沈下とか、生活廃棄物処理に伴う公害とか、その他数えきれないほどあって、それらは、人類がこの地球上に今のような生活を続けるかぎり発生するものといえます。
　この問題については、あとでもう一度考えてみましょう。

　4 使われる石炭　top

　人類が、まず石炭が燃えることに気づいて、これを掘りながら利用しつづけ、現代では機械化して大規模に地下から掘り出していることを話してきました。
　しかし、いまでは、私たちは、自分で石炭を燃やすこともないし、また、まわりを見わたしても、石炭を燃やした煙が出ている煙突もないし、本当に石炭が現在でも使われているのだろうか、と疑いたくなります。
　まして、新聞やテレビで北海道や九州の炭鉱で事故が起こって何十人もの犠牲者が出たということを知ると、今ごろ日本でも石炭が掘られていたのか、とか、なぜそんな危険をおかしてまでも石炭を掘らなければならないのかとが、どこで使っているのかわからないのなら掘らなければいいのに、とまで思いませんでしたか。
　今ごろわが国で石炭が掘られていることを知って驚いたとすれば、わが国が世界各国から大量の石炭を輸入しているということを知ったら、もっと驚くことでしょう。
　では、石炭は、いったい、どこで、どのように使われているかを調べてみましょう。

�A　輸入にたよる石炭

　しかし、図2-26でもわかるように、火力発電用や家庭暖房用以外にも石炭は使われていて、しかも、国内の石炭の生産が減ると、これを補うかのように、海外から大量に石炭を輸入しています。
　これは、いったい、どういうことなのでしょうか。
　外国炭を輸入するくらいなら国内の石炭を使えばいいのに、と思いませんか。
　この輸入した石炭は、火力発電用の石炭とは性質のちがう製鉄コークス用原料炭という種類の石炭なのです。
　それでは、日本の国内炭は製鉄用コークスの原料にはならないのでしょうか。
　もしそうだとすると、製鉄用のコークス原料炭とはどんな性質の石炭なのでしょうか。
　このことについて少し調べてみましょう。

�B　製鉄用コークスの役割

�C　コークスの性質とコークス用原料炭

図2-30　石炭の自由膨張度試験法

　石炭は、酸化したり燃えないようにして熱を加えてゆくと、一〇〇度までに水分が蒸発し、それ以上の温度でガス（揮発分）が出ながらしだいに軟かくなって全体が膨張し、さらにドロドロの状態になり、最後には固まります。
　何度で軟かくなり、どのくらいガスを出すかとか、何度でコークス状に固まるかとかいう性質は、石炭の種類によって差があります。
　その様子を調べるための試験の一つに自由膨張度試験があります。
　これは、粉末にした石炭を、図2-30のようにルツボに入れ、ガスバーナーの中で急熱してできる発泡した小さなボタン状のコークスの形を、標準の形と比較して、一から九までに級分けするものです。
　製鉄用コークス原料炭になる石炭は、この値が高いほうに限られます。
　十分まだ石炭になりきっていない褐炭では、この値はゼロです。
　また、逆に無煙炭でもゼロなのです。
　日本の第三紀の石炭の多くも、あまり高い値は出ません。
　夕張炭とか三池炭などでは高い値が出て、膨張はしますが、ふくらみすぎて、自分の形を保つことができずに潰れてしまうのです。
　このような試験結果では、コークスになるときに気孔が大きく壁が薄くなることを暗示しています。
　どのくらい粘性が出るかを調べるのには、流動性試験が行われます。
　これは、粉化しか石炭を図２‐31のような小さな炉に入れ、温度を上げて粘性が出たとき、その変化を、中に入れ九回転軸の一分間あたりの回転数で示す方法です。
　自由膨張度試験の値が高い石炭では、三〇〇度から四〇〇度に達すると、流動性が出て、温度とともにその値が高くなり、四五〇度を超すと固まりだして値が低下し、最後にコークスになって固化し停止します。
　この、最初に回転が始まる温度、最高流動性の出る温度、最後に固化する温度、また最高流動性の出たときの回転数などは、石炭の種類によって差があります。
　日本炭のうち夕張炭とか三池炭は、軟化開始温度が三五〇度くらい、固化温度が四八〇度くらいで、軟化している温度範囲が一二〇〜一四〇度に及びます。
　外国炭はこの範囲が一〇〇度以下で、しかも軟化・固化の温度もバラバラです。
　最高流動度も日本炭のうちとくに夕張炭や三池炭は、外国炭の一〇〇倍にもなります。

�D　コークスにむかない日本の石炭

　このような二つの試験の結果からだけでも、日本の石炭が特異な性質を持っていることがわかりますが、それがコークスをつくるときにどのように影響するのでしょうか。
　高温のコークス炉の中で水あめ状になり、たくさん出た揮発生ガスが泡（あわ）をつくり、そのため孔（あな）の大きい壁の薄いコークスになります。
　このような熱的性質を持つ日本炭は、高揮発分で高流動性の弱粘結炭だといわれ、これだけでは強度の高い理想的なコークスはつくれません。
　だから、強粘結炭（自由膨張度が九に近い石炭）を外国から輸入しなければならなかったのです。
　ひとくちに石炭といっても、なぜこんなに熱的性質が違うのかという問題はあとで考えることにして、では、どんな石炭が強いコークスになるかというと、たとえば、米国東部のペンシルバニア炭田などの、揮発分が二〇パーセントくらいの石炭がそうなのです。
　ところが、米国東部からパナマ運河を通って輸入したこの石炭だけを使っていたのでは、大変不経済です。
　太平洋に面した日本ですから、同じ太平洋に面した所に同じような強粘結炭があれば、それを輸入すべきでしょう。
　一九五〇年代の末に、私たちがオーストラリアまでこの種の石炭を探査に出だのは、そのためなのです。
　その後、カナダ西部のロッキー山脈の中の炭田も調査して、同様の性質の石炭を発見することができました。
　そのほか、すでに採掘はされていましたが、ソビエト（シベリア地方）炭や中国炭、南アフリカ炭、さらに、ある時期にはポーランド炭まで輸入されました。
　その輸入の状況も先の図2-26に示しましたが、これは、わが国の製鉄が最盛期をむかえ、臨海大型製鉄コンビナートが各所に設けられた時期で最高に達したのです。

�E　日本の石炭は製鉄用コークスのまとめ役

　多くの国から、種々の炭種の原料炭を輸入すると、実は、それぞれが異なった熱的な性質を持っているため、なかなか強度の高いコークスをつくることができません。
　なぜかというと、コークス炉の中で、ある石炭はすでに固まっているのに、他のものはまだ固まらないというような事態になり、最後にコークス炉から赤熱のコークスを押し出して水をかけて消火急冷するときに、それらの間に小さな亀裂が発生して崩れやすくなってしまうからです。
　ここで、特異な性質を持った日本炭が必要になってくるのです。日本炭は、あまり特異な性質のために、それだけでは強いコークスをつくることはできませんでしたね。
ところが、今のように、多くの外国炭を輸入して混ぜて使うと、それぞれの石炭が、パラパラ勝手に軟化したり固化しているのに、日本炭は早くから軟化し、最後まで、しかも高い流動性を保っていてくれます。
　このことは、固化温度に差がある輸入外国炭の間に流れ込んで、最後に急冷しても亀裂が発生したりすることのないようにする働きをしてくれるということなのです。
　ちょうど、セメントと骨材の砂利を適切に配合して、強いコンクリートが作れるのと同じです。
　この日本炭の特性を利用して、外国炭との混炭によ亘咼強度コークス製造法が考案されましたが、これは、まさに、わが国製鉄技術の勝利といえます。
　よく、日本人の性格は「熱しやすく、さめやすい」といわれます。
　これは、島国に何千年も生活しつづけたために備わったものでしょうが、同じ島国の石炭が「溶けやすく、固まりにくい」性質を備えているというのとは、なんとも対照的ではありませんか。
　そして、この日本炭の性格を理解し、高度に利用し、独自の手法を確立した技術こそ「日本的」であるということができます。

�F　製鉄技術の進歩

　石炭は一見、私たちの目の前から姿を消していますが、実はこのように姿を変えて、私たちの生活を支えているのです。

�G　石炭の埋蔵量

　石炭が炭素材として、製鉄に重要な役割をはたしていることを勉強してきました。
　では、石炭が古くから使われていたエネルギー源としての用途はどうなっているのでしょうか。
　人類が石炭を燃料に使いはじめてから千年以上たちました。
　しかし、便利な石油が発見され、二〇世紀になって、しだいに石炭は石油にその役目をゆずりました。
　しかし、その間に人類は石油を使うのに慣れて大量に消費するくせがついてしまいました。
　最近の石油の年間消費量と油田の発見埋蔵量の比率がどうなっているかを、姉妹篇の『石油はどうしてできたか』を読んで知ると、みなさんはきっと驚くにちがいありません。
　人類は、いま、自分たちが利用している化石燃料（石炭・石油・天然ガスなど）には限りがあって、このまま大量に消費を続ければ、いつかは使いはたしてしまうのだ、ということに気がつきだしました。
　人類は、大昔は、化石燃料に気づかず、身のまわりの木や草を燃料に使っていました。
　現在でも同じようにしているため、砂漠化や生態系の破壊が進んでいる所があります。
　産業革命が起こって化石燃料としての石炭が利用されだすと、石炭の資源としての価値が高まり、人々は、どこに石炭かおるのか、と熱心に探しました。
　そして、掘りやすい石炭資源が発見されると、すぐに需要を満たすように掘られました。
　石炭は掘って使えばなくなりますから、次に掘る場所を探します。
　このように需要（必要性）と探査で追いつ追われつの競争を続けてきました。
　石炭の場合は、石炭層として見えるし、それができる地質条件からいっても、どれだけ地下に埋もれているかの埋蔵炭量を計算で出した値の確実度は、かなり高くなっています。
　世界的な統計によると、現在、地球上で確認されている掘り出して使うことのできる埋蔵炭量はほぼ一〇兆トンです。
　中国では、現在でも新しい炭田が次々に発見されつつあり、この数値は、もう少しふえるものと思われます。
　しかし、やがて、地球上を調べつくし、もうこれ以上見つからない、という数値が出ると思われます。
　その値が「究極埋蔵量」になります。資源の必要性が高ければ高いほど探査が進められ、埋蔵量は増しますが、しだいに見つけにくくなり、ついには限界に達するわけです。
　石炭も、石油も、地表では、そろそろ探しつくして、海の底までも探すようになりました。
　みなさんは、海底炭田とか、海底油田ということばを聞いたことがあると思いますが、こんな言葉が出てきたということは、そろそろ限界が近づいてきたことを意味しているのです。
　現在確認された埋蔵量が究極絋量に近いとして、生産量（消費量）でこの数値を割ると、今後何年くらい現在規模の生産が続けられるか、つまり、どのくらい後まで使えるかという数値が出てきます。
　この数値は、その資源の寿命になりますが、石炭の場合、約二〇〇年になるのです。
　石油の場合が何年になっているかは姉妹扁の『石油はどうしてできたか』で勉強してください。
　人類が石炭を使いはじめてから千年あまり、石油を使いはじめてから百年ほどですが、これから先このまま使ってゆけば、それほど長くは使えないのは明白です。

�H　エネルギー節約の思想

　地球上で限りある資源を長く保つためには、埋蔵量が決まっていますから、消費量を減らすほかありません。
　つまり、「省エネ」の思想です。
　考えてみればあたりまえのことですが、この考えが一般化するまでに、人類はずいぷんと無駄なことを続けてきたように思われます。
　最近になって、やっとエネルギー源を分散して、資源の適正な使い方が理解されてきました。
　火力発電にもっぱら使われた石油に加え石炭が見直され、天然ガスも加わり、また新しい発電方式として原子力も使われ、さらに無尽蔵の太陽エネルギーや、地熱、風力、さらには潮力などのエネルギーにまでも利用技術が研究・開発され、一部が実用化されていることは、みなさんも知っていると思います。

�I　石炭の液状化の試み

　石炭がエネルギー源としての地位を石油に譲った一つの原因に、これを使う側からすれば、流体の石油のほうが、タンクに入れておいてバルブ操作で自由に制御できるという便利さがありました。
　石炭は固体ですから、使いにくく、燃焼させたあとの灰の処理までしなければなりません。
　この不便さが除かれると、石炭の有効利用ができるでしょう。
　石油資源の温存と、石炭の有効利用との点から、最近は石炭の液体化が考えられています。
　石炭のガス化は古くから行われていました。
　石炭を超微梳子に磨碎し、重油と混ぜた粘性の流体燃料として使う手法も、試験段階から実用化に入っています。
　これは、石炭（ＣＯＬＡ）と油（ＯＩＬ）の混合物(ＭＩＸＴＵＲＥ）の英語の頭文字を取ってＣＯＭ（コム）と呼ばれ、パイプ輸送やタンクの中での保存が可能です。
　石炭を微粉化し、自然発火や爆発をしないように窒素ガスと混ぜて、石油のようにタンク車で輸送し、燃やした灰を帰りの車で引き取るというようなシステムの開発も進んでいます。
　超微粉の石炭を水と混ぜスラリーとして、ポンプでパイプ中を輸送する石炭の水力輸送はすでに実用化され、米国中西部の露天掘の炭鉱から火力発電所まで、二〇〇キロメートルのパイプ輸送が経済的に使用されています。
　もっとも高度に流体化した利用法に、石炭を化学的に液化して石油と同じように使う方法があります。
　これにはいくつかの合成法がありますが、もともと固体の石炭から合成して液体化するのですから、大変なことだと思うでしょうが、実験室的にも、工業的にも、一九三〇年代に成功しているのです。

�J　複雑な化合物をバラバラに

　しかし、何回かの石油ショック以後は、石油資源の長期温存の考えも手伝って、他の先進工業国でも、石炭夜化の工業化が再開されるようになりました。

�K　人類にとって大切な石炭

　このように調べてみると、人類が石炭をどのように使い、現在どうなっているかということは、次のようにまとめることができます。
　まず、燃える石として燃料に使いはじめましたが、これを使って、また勉強しているうちにいろいろな使い方がわかると、多様な方面に使うようになりました。
　また、燃料としては、石油にその役目を譲ったとはいえ、依然として火力発電に使わなければならないこと、炭素材として製鉄とは切っても切れない関係にあることなどが、今のところ明白です。
　みなさんも、石炭は、一見、私たちの目の前から姿を消しているので、もはや使われていないのだと思ったかもしれませんが、実は石炭は姿を変えて、電力となり、ガスとなって家庭のなかに入りこみ、また鉄製品として、さらにセメント炉の燃料として働いてコンクリートに姿を変えるなど、多くの別の形で、われわれの生活のなかに生き続けているのです。
　また、一見、使われている所が見えなかったようですが、実は、製鉄所、発電所、その他の工場では大量に、まとめて使われているのです。