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第５回　火成岩について

配付プリント等

• 内容：火成岩について。
• 配布プリント：4種：
  1）「1章　火成岩」…『岩石と地下資源』（1-63p）
  2）｢Silicate structures｣…『Introduction to Mineralogy』（184-185p）
  3）｢Silicate classification｣…『The 22nd Edition of the Manual of Mineral Science』（442-445p）
  4）「火成岩の分類図」…『基礎地球科学』（60-61p）
• 紹介した参考図書：
  �@地学団体研究会（編）（1995）：岩石と地下資源　新版地学教育講座4巻．
  　　　新版地学教育講座全16巻の中の1冊。もっとも広い範囲の説明をわかりやすく行っているもの。　　
  �ANesse,W.D.(2000): Introduction to Mineralogy.
  　　　前出
  �BKlein,C.(2001): The 22nd Edition of the Manual of Mineral Science (after J.D.Dana)(with one CD-ROM).
  　　　前出
  �C西村祐二郎（編著）（2002）：基礎地球科学．
  　　　前出
• 『花崗岩』と『玄武岩』の試料を回覧。

補足説明

全般	地球科学用語については『地球科学用語集』のページを参照。 単位については『単位について』のページを参照。 地質年代については『地質年代表』のページを参照。

• 火成岩については『岩石の種類』のページの『火成岩』を参照。
  『ボーエンの反応系列』、『相律/相図』など。
• 火山については『火山とは』のページを参照。
• 岩石の化学組成は『地球構成物質の化学組成』のページを参照。
• ※フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』の『火成岩』および『花崗岩』や『玄武岩』などを参考にしてください。
  ■（Category:Igneous petrology）／（Igneous petrology）／（Category:Igneous rocks）／火成岩（Igneous rock）／
  ■超塩基性岩（Ultramafic rock）／塩基性岩（ Basic rock⇒Mafic）／中性岩（〔Intermediate composition〕）／酸性岩（acidic rock⇒Felsic）／
  ■深成岩（Pluton）／カンラン岩（橄欖岩）（Peridotite）／斑れい岩（斑糲岩）（Gabbro）／閃緑岩（石英閃緑岩）（Diorite）／トーナル岩（Tonalite）／花崗閃緑岩（Granodiorite）／花崗岩（Granite）／閃長岩（Syenite）／
  ■火山岩（Volcanic rock）／キンバーライト（Kimberlite）／コマチアイト（Komatiite）／玄武岩（Basalt）／安山岩（Andesite）／デイサイト（Dacite）／流紋岩（Rhyolite）／粗面岩（Trachyte）／
  ■マグマ（Magma）／Category:火山（Category:Volcanoes）／火山（Volcano）／火山帯（Volcanic belt）／（Category:Lists of volcanoes）／火山の一覧（Lists of volcanoes）／火山の一覧 (日本)（List of volcanoes in Japan）／
  ■ボーウェンの反応系列（Bowen's reaction series）／ギブズの相律（Gibbs' phase rule）／相図（Phase diagram）／

【日本の岩石分布割合】

• 村田・鹿野（1995）によれば、日本の地表の岩石分布割合は、火成岩40％〔うち、火山岩28％・深成岩10％・その他2％〕・変成岩4％・堆積岩56％である。
  

  第2表　日本列島を構成する各種岩石の分布面積

  岩種	地質時代*	面積（km2）	比率（％）
  堆積岩	第四紀 新第三紀 古第三紀 白亜紀 ジュラ紀 三畳紀 古生代	80,228.16 46,822.76 7,122.90 10,207,19 757.06 1,139.80 3,571.21	21.36 12.47 1.90 2.72 0.20 0.30 0.96
  	第四紀−古生代	149,849.08	39.91
  堆積岩を主とする 付加コンプレックス	古第三紀−古生代	60,802.94 〔異地性岩体：3,215.41〕	16.19
  火成岩を主とする 付加コンプレックス	古第三紀−古生代	3,661.73	0.98
  超苦鉄質火成岩類	先新第三紀	1,876.98	0.50
  火山岩	第四紀 新第三紀 古第三紀 白亜紀	41,629.97 44,685.16 4,261.61 15,092.42	11.09 11.90 1.13 4.02
  	第四紀−白亜紀	105,669.16	28.13
  深成岩	新第三紀 古第三紀 白亜紀 先白亜紀	3,947.43 5,339.90 28,498.26 1,422.46	1.05 1.42 7.59 0.38
  	新第三紀−古生代	39,208.05	10.44
  変成岩	先新第三紀	14,472.51 〔低圧型：　4,207.01〕 〔高圧型：10,265.50〕	3.85
  合計		375,540.47
  堆積岩（付加コンプレックスを含む） 火成岩（付加コンプレックス及び超苦鉄質火成岩を含む） 変成岩			56.10 40.05 3.85
  *）100万分の1日本地質図第3版には、新第三紀と古第三紀との境界にまたがる年代（PG4）の地質単位がある。ここではそれらの年代をより近い古第三紀とした。

• 理科年表（磯山ほか、1987）によれば、日本の地表の岩石分布割合は、火成岩38％〔うち、火山岩26％・深成岩12％〕・変成岩4％・堆積岩58％である。

【基本的な火成岩】

• 花崗岩（かこうがん、granite、グラニット）：酸性（acidic）の深成岩（plutonic rock）。大陸地殻の代表的な岩石。灰色部分は石英（quartz：SiO2）、白色部分は斜長石（plagioclase：NaAlSi3O8〜CaAl2Si2O8）、黒色部分は黒雲母（biotite）であるが、カリ長石（K-feldspar）（正長石；orthoclase：KAlSi3O8）ははっきりしない（少し灰色味をもつ白色の部分に存在すると考えられる。試料によっては、暖色系の色合いが強い）。鉱物の粒径は数mmであるが、試料によっては１cmを超える場合もある。	玄武岩（げんぶがん、basalt、バサルト）：塩基性（basic）の火山岩（volcanic rock）。海洋地殻の代表的な岩石。輝石（pyroxene）と斜長石（plagioclase）を主とし、カンラン石（olivine）や角閃石（amphibole）も伴う。ただし、鉱物の粒径は肉眼では識別できないほど小さい。輝石・カンラン石・角閃石は有色鉱物であるので、全体的には暗灰色に見える。
  火成岩（igneous rocks）は、マグマ（magma：岩石の熔融体）から固結してできる岩石であるが、化学組成〔とくにSiO2（珪酸；シリカ）成分量〕および組織（形成深度が粒径などに最も影響する）の違いにより分類される。花崗岩はSiO2量が多く、深部でゆっくり冷却されて形成された。一方、玄武岩はSiO2量が少なく、地表付近で急速に冷却されて形成された。これらの中間の性質を持つ岩石には、別の名称が付けられているが、これらは連続的に変化している。なお、マグマの化学組成の違いは主に源岩の違いによる。

参考

• 地質標本鑑賞会　　http://www.gsj.jp/Muse/hyohon/hyohon.htm
  　（独）産業技術総合研究所（産総研）の地質調査総合センターの地質標本館による。『鉱物標本』、『岩石標本』。

【火成岩の分類】
　火成岩の分類では、一般に、横軸にシリカ（silica、二酸化ケイ素）成分（SiO2）をとり、縦軸に生成深度（粒径）をとる。シリカが多くて粗粒（径数mm程度）なものは、大陸地殻の代表的な岩石である花崗岩（地下でゆっくりと冷えて形成された深成岩の一種）であり、シリカが少なくて細粒（粒子が肉眼で判別しにくい程度）のものは、海洋地殻の代表的な岩石である玄武岩（地表付近で速く冷えて形成された火山岩の一種）である。
　マグマから鉱物が晶出する順序はおおよそ決まっており、比較的シリカ成分の少ないものほど早期に晶出するが、火成岩を構成する鉱物の晶出順序を最初に明らかにしたBowenの業績を称え、これはボーウェンの反応系列（Bowen's reaction series）と呼ばれる。シリカ成分の量は構成鉱物の種類と密接に関連している。

• この図は、下の2つの図と異なって、横軸のシリカ成分は右側が多くなっているので注意。
  

  〔総合地質情報研究グループの『ベータ版』の『シームレス地質図サポートページ』の『岩石と地層の分類』から〕

  
  

  火成岩の分類 〔岩手県立博物館の『これなあに？』の『地質分野』の中の『造岩鉱物[ぞうがんこうぶつ]と火成岩の分類』から〕

• Figure 10e-1: The classification of igneous rocks. This graphic model describes the difference between nine common igneous rocks based on texture of mineral grains, temperature of crystallization, relative amounts of typical rock forming elements, and relative proportions of silica and some common minerals. 〔Okanagan University CollegeのDepartment of GeographyのMichael Pidwirny氏によるPhysicalGeography.netの『FUNDAMENTALS OF PHYSICAL GEOGRAPHY』の『CHAPTER 10: Introduction to the Lithosphere』の中の『(e). Characteristics of Igneous Rocks』から〕 　構成鉱物の種類と量は、ボーウェンの反応系列における変化に対応している。シリカ成分が同じであれば、粒径が異なっても、構成鉱物はほとんど変わらない。 　例えば、花崗岩を作ったマグマと同じ組成のマグマが地表に噴出したら、流紋岩（Rhyolite）と呼ばれる火山岩となる。

【ボーウェンの反応系列】（Bowen's reaction series）
　カナダの岩石学者のNorman L. Bowen（1887 - 1956）が、マグマから（冷却に伴って）鉱物が晶出する順序をまとめたもの。
　かんらん石（olivine）→輝石（pyroxene）→角閃石（amphibole）→黒雲母（biotite）のように、まったく結晶構造の異なる鉱物へと変化していく不連続系列と、斜長石（plagioclase）のCaに富むものからNaに富むものへのように、結晶構造は同じだが組成の異なるもの（固溶体という）へと変化していく連続系列の２つの系列が並列して進み、最後には白雲母（muscovite）・カリ長石（K-feldspar）・石英（quartz）が主体となる。

• マグマから晶出する鉱物の温度変化と、岩石に含まれる鉱物の違いを示した例 〔総合地質情報研究グループの『ベータ版』の『シームレス地質図サポートページ』の『岩石や地層のでき方』から〕

• 　これらの鉱物はすべて珪酸塩鉱物に属する（石英も含めてよい）。従って、SiO4四面体（三角形部分）の結合様式を示す図も一部に加えてある。
  

  Bowen's Reaction Series 〔Steven Dutch氏（Natural and Applied Sciences, University of Wisconsin-Green Bay）による『Physical Geology (Earth SC 202) Notes and Visual Aids』の『Igneous Rocks』から〕

  
  

  Bowen's Reaction Series In the early part of the 20th century, N. L. Bowen carried out experiments to characterize the process of crystallization of igneous rocks from magma. The illustration below is patterned after Lutgens and Tarbuck's perspective of that reaction series. The difference in crystallization temperature for the different kinds of minerals plays a major role in the differentiation of rock composition as the magma cools. 〔Georgia State UniversityのDepartment of Physics and AstronomyのCarl R. (Rod) Nave氏によるHyperPhysicsの『Geophysics』の中の『Bowen's Reaction Series』から〕