‘コンクリーション’とは，堆積岩中に産出する塊状（主に球状をなす）岩塊のことを指し，炭酸塩，シリカや酸化鉄を主成分とするものが多い．その中でもとくに炭酸塩を主成分とするコンクリーションは，保存良好の生物の化石を内包することが多く，古くは一世紀以上も前から記載・研究がなされてきた．これまでの研究から，炭酸カルシウム球状コンクリーションの形成は，有機炭素のまとまった供給が可能となる大型の生物が出現して以降の海性堆積層中で生じる現象であり，大型の生物が出現して以降の地質時代を通しての普遍的なプロセスと言うことができる．本論では，これらの産状や成因，形成プロセスについてこれまでの研究成果をもとに述べるとともに，コンクリーション化プロセスを応用・開発した‘シーリング素材’及び，その素材を用いた実地下環境でのシーリング実証試験の現状・結果について紹介する．

いわき市アンモナイトセンターの双葉層群足沢層大久川部層（コニアシアン下部）のアンモナイト（主に径40-60 cmのMesopuzosia yubarensis）密集層と直下にある炭酸塩コンクリーション濃集層の，堆積相・産状観察と地球化学分析から形成過程を考察した．M. yubarensisは，沖合いの生息場から死後浮遊で沿岸に達した軟体部の失われた殻が，ストーム波浪で住房部が破壊され，分級・集積・運搬され，下部外浜沖合い側で癒着HCS極細粒砂層のハンモックマウンドに沿って急速に埋積した．炭酸塩コンクリーションは，多様なサイズ（径15-194 cm）の長-扁球形で，密集しながらも比較的一様に分布する．コンクリーションの形成は，ストーム波浪で運搬された有機物と底質中のベントス遺骸の分解に伴って堆積物の浅所で始まり，その後，埋没に伴い堆積物深所におけるメタン生成帯での有機物分解が生じるまで継続した．

Carbonate concretions occur in sedimentary rocks of widely varying geological ages throughout the world. Recently, more than 100 gigantic carbonate concretions with diameters ranging from 1 to 9 m have been identified along the Unosaki coast of Oga Peninsula, Akita Prefecture, Japan. The formation process of such gigantic concretions, some of which along the Unosaki coast contain whale bones, remains uncertain. A mineral composition analysis reveals that the major mineral of the concretions is dolomite. Considering the location of dolomite precipitation, their composition implies that the concretions were formed in a reducing environment in which sulfate ions were removed. Stable carbon and oxygen isotopic analysis reveals that the CaCO₃ of whale bone and concretions contains light δ¹³C and heavy δ¹⁸O, suggesting that whale organic matter contributed to the formation of the concretions. The gigantic carbonate concretions were presumably formed by the accumulation and burial of whale carcasses with high sedimentation rates, and subsequent reaction of carbon decomposed by benthic and microbial activity with seawater.

Numerous carbonate concretion samples were collected during dredging around Nagoya Port in the 1960s. Most of the samples contained biological remains, including crabs, sea urchins, and bivalves, which formed their nuclei. In this study, the radiocarbon (¹⁴C) ages of the shells of the biological remains inside the concretions, as well as of the concretions themselves, were determined. Based on the metabolic carbon ratios of the bivalvia and sea urchin shells, which were calculated using δ¹³C values, the ¹⁴C ages of the shells and those of the metabolic carbon were estimated to be 7,350-7,050 cal BP and 9,680-9,430 cal BP, respectively. The ¹⁴C ages of the carbonate concretions were older than those of the shells due to the addition of metabolic carbon with older ages to the carbon of the concretion. The corrected age after removal of the old carbon was estimated to be 7,530-7,270 cal BP. The near-identical corrected ages of the shells and concretions indicate that the carbonate concretions in the Nagoya Port area formed rapidly after the death of the organisms, which is consistent with morphological evidence of rapid concretion formation in the sediment.

玄能石はイカアイトの方解石仮晶で，世界各地の堆積岩から産出する．玄能石コンクリーションは玄能石を中心に含む球～長球状の炭酸塩コンクリーションである．玄能石の先駆物となるイカアイト結晶は低温環境下でのみ形成することから，玄能石および玄能石コンクリーションは低温環境を示す指標として，古環境研究の分野で広く用いられている．また，近年，玄能石コンクリーションの成因が詳しく明らかにされたことから，玄能石および玄能石コンクリーションの産状が，堆積物中における化学的環境の指標になる可能性も示されている．一方で，堆積物中でイカアイト結晶が形成する物理化学的な条件については，まだ検討の余地が残されている．今後，現世堆積物中のイカアイトと地質時代の玄能石の両面から，それらの形成条件が明確にされることで，玄能石および玄能石コンクリーションが環境指標として果たす役割は増していくだろう．

コンクリーションは，地球のみならず火星の複数の地点で確認されている鉄コンクリーション（例：ブルーベリー）を含め，地層の続成過程を理解する上で重要な対象である．これまでの研究により，コンクリーションは様々なサイズを持ち，多くが球形の拡散過程による最小自由エネルギー形状を示すこと，多様な色パターンや鉱物組成から様々な流体が関与して形成されたことが示されている．また地層の堆積構造，粒径，空隙/間隙率，岩脈/断層とも関係しており，過去の鉄サイクルや水（地下水）との反応を示す重要な指標であることが分かってきた．一方で，その初生的形成や続成過程の全体像を解き明かすには，微生物活動の理解など未だ様々な課題が残っており，U-Th/Heによる年代測定などの新たなアプローチが必須である．今後も，地球と火星の両方において，形成プロセスの理解に向けたフィールド調査，モデル検証，新たな分析手法などの持続的な探査が必要である．

球状鉄コンクリーションは，地球だけではなく火星の地層でも見られる．本稿では，地球や火星の鉄コンクリーションの産状や元素組成とその成因について，提示されている証拠や仮説を網羅的に紹介した．ユタ州やモンゴルの証拠に基づき，鉄コンクリーションはカルサイトコンクリーションが先駆物質であり，地層中に浸透した鉄分に富む酸性流体との中和反応により形成されたことが示された．さらにメリディアニ平原の鉄小球（ブルーベリー）とゲールクレーターの球状ノジュールの証拠と比較することにより，火星でも先駆物質の炭酸塩小球と，酸性流体の浸透に伴う中和反応により形成された可能性が示唆された．すなわち火星の球状コンクリーションは，ノアキス紀後期～へスペリア紀前期（38～37億年前）の厚いCO₂大気下の炭酸塩沈殿と，ヘスペリア紀後期（35～32億年前）の酸性流体による溶解を示す，太古の環境変遷史を記録する重要な遺物である可能性が明らかになった．

Fe oxide Liesegang bands have often been observed in sedimentary and igneous rocks, and they are formed during weathering and alteration by water-rock interactions. In this study, micro-X-ray fluorescence (μ-XRF) mapping was used to study the Fe bands in an Fe oxide concretion from the Jurassic Navajo Sandstone in Utah, USA, to estimate the duration of their formation. Most of the peaks in Fe concentration are steeper on the inner side than on the outer side, which indicates a supply of ferrous ions (Fe²⁺) from outside the concretion. The precipitation of Fe oxide was controlled by pH buffering that resulted from a reaction between acidic water and alkaline pore water that formed through the dissolution of an earlier calcite concretion. The reaction rate within the Fe oxide concretion was estimated from the width of the Fe peaks and the expected diffusion coefficient for Fe through the rock matrix, and it was found to be no more than years to decades-faster than previously estimated. This demonstrates that μ-XRF mapping is a useful technique to extract quantitative information about water-rock interactions from rocks.

ユタ州ナバホ砂岩には球状鉄コンクリーション（サイズ：数 mm-数cm，内部：砂，表面：酸化鉄殻）が存在する．鉄殻の形成過程や形成時間をシミュレーションで再現した先行研究はあるが，コンクリーションの内部空隙や溶存酸素濃度の鉄殻形成への影響などが実験的には解明されていなかった．そこでシャーレ内で人工的に鉄コンクリーションを作製し，形成されていく鉄殻（褐色帯）をカメラで撮影する実験系を確立し，画像解析と蛍光X線分析を通してこれらの解明を試みた．その結果，天然の球状鉄コンクリーションの殻形成において，次の2つのことが示唆された．⑴鉄殻形成の初期段階において，短期間で鉄殻が急増するプロセスが存在し，内部空隙が多い程，急増するときの幅は大きくなる．⑵明瞭な殻を持つ鉄コンクリーションは，高い溶存酸素濃度よりも，低い溶存酸素濃度下で形成された．

Spherical iron-oxide concretions are found in the Jurassic Navajo Sandstone in Utah, USA. Based on image analysis of more than a thousand concretions, we found that: (1) the spatial distribution resembles a random distribution, with deviation from the random distribution occurring as concretion clusters; (2) the spacing between concretions is much larger than the concretion sizes; (3) the width of the size distribution increases with increasing concretion size; and (4) the volume fraction of concretions is constant, irrespective of size. These characteristics can be explained by repeating cycles of CaCO₃ dissolution and precipitation, the precursor material of Fe-oxide concretions. In numerical simulations, the width of the size distribution did not depend on the input parameters, including pH and supersaturation.

We investigated the hydraulic and mechanical properties of spherical calcium carbonate concretions and their surrounding matrices in a Neogene accretionary deposit in the Hayama Group (Kanagawa prefecture) and a brackish to marine formation in the Mizunami Group. The concretions in both formations have lower permeabilities and porosities and greater hardness than the surrounding host rocks. Although the concretions in both formations were formed in different depositional environments, they hardened a short time after the death of a living organism. This means that they can be considered stable over long periods and would not be significantly affected by subsequent deformation and tectonic events. This property is useful for engineering applications, as it would yield a long-lasting seal.

This paper introduces two early-stage engineering applications inspired by concretion formation, a naturally occurring elemental and molecular concentration process. First, the precipitation of iron oxide from highly acidic wastewater using cement clinker and its applications to channel control were investigated. Blocking of channels by iron oxide precipitating around the clinker was confirmed using a column test. Second, the production of “Calcium carbonate concrete” using concrete waste and CO₂ in the air was investigated, based on the fact that calcium carbonate is the binding material in calcium carbonate concretions. Understanding the natural mechanism of concretion formation is not only a fascinating topic from a scientific perspective, it also has potential engineering applications.