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第９回　地殻の構成：　岩石

配付プリント等

• ビデオ『火成岩の性質』（14分）、ビデオ『堆積岩・変成岩の性質』（13分）。
• 『地殻の構成：　岩石』。講義内容は以下について。
  『２　地殻の構成　2.3　岩石』
  �@岩石の分類：成因により下記のように３分類される。
  　１）火成岩…マグマから固結したもの。
  　２）堆積岩…地表条件（低温・低圧）で生成したもの。
  　３）変成岩…地下条件（高温・高圧）で生成したもの。
  �A火成岩：火成作用、マグマ、結晶分化作用、ボーウェンの反応系列、花崗岩、玄武岩
  　火成岩は、化学成分中のSiO2成分量の違い、および生成深度（つまり、その構成鉱物の粒径などの組織；深いと深成岩、浅いと火山岩）の違いにより分類される。SiO2成分が多いものを酸性岩、少ないものを（逆に言えば、MgOやFeOが多い）塩基性岩と呼ぶ。また、生成深度の深いものを深成岩、浅いものを火山岩とよび、深成岩の代表は花崗岩、火山岩の代表は玄武岩である。
  　塩基性のマグマ（本源玄武岩マグマ）を仮定し、結晶分化作用によって、ボーウェンの反応系列〔有色鉱物：かんらん石→輝石→角閃石→黒雲母；無色鉱物：Ca斜長石→Na斜長石→カリ長石→石英）に従った鉱物の分離が起こるとすれば、さまざまな火成岩を生み出すことも可能である。しかし実際には、プレートテクトニスにより説明されるように、異なるマグマの発生の場が存在し、異なる成因の火成岩が生成している。
  �B堆積岩：風化作用、浸食作用、運搬作用、堆積作用、続成作用
  　堆積岩は、地表の風化・浸食・運搬・堆積作用によって形成される砕屑岩が、その典型的なものである。地表条件で不安定な鉱物（ボーウェンの反応系列の低温側のもの）は分解・溶脱され、最後に残るのは石英や長石の一部などのみである。したがって、砕屑岩は粒径によって分類されることが多く、礫岩｜2mm｜砂岩｜1/16mm｜シルト岩｜1/256mm｜粘土岩などのように定義されている。なお、堆積物が続成作用をうけて硬くなると（粒子間を埋める二次鉱物の生成により）堆積岩と呼ばれるが、さらに地下の高い温度と圧力で安定な鉱物に変化すれば（一部ないし全体が）変成岩と呼ばれるようになる。
  　１）砕屑岩…もっとも典型的
  　２）生物岩…石灰岩など
  　３）化学的沈殿岩…蒸発岩など
  　４）火山砕屑岩（火砕岩）
  �C変成岩：変成作用、変成相、変成相系列
  　変成岩はおもに地下で受けた温度と圧力の条件の違いによって分類される。ある温度・圧力条件下で安定な鉱物の組合せが存在し、それを指標に変成岩の変成相を定義することができる。また、地下では、温度・圧力の変動は関連しており（つまりプレート運動によって）、ある特定の条件範囲を示す場合が多く、変成相系列と呼ばれる。
• 岩石等試料回覧（花崗岩、玄武岩、片麻岩、片岩、砂岩、頁岩、方解石、コンドライト）。
• プリント2枚（番号：８）。出席票。
  【1枚目】
  （おもな堆積岩）、（おもな堆積岩の平均化学組成）…『理科年表』
  （火山放出物と火山砕屑岩の分類）、図2-1、図2-4、図2-5、図2-11、図2-20…『岩石と地下資源』（見返し,65,70,78,98p）
  表15.1、図15.1、図15.2…『図説地球科学』（134,135p）
  【2枚目】
  図10.1、図10.8…『図説地球科学』（93,98p）
  図2.17、図2.18…『教養の地学　改訂版』（38p）
  図3-18、図3-19、図3-31、図3-33、図3-45…『岩石と地下資源』（116,118,133,134,152p）
  図�V-42…『地球：その実像』（142p）

補足説明

全般	地球科学用語については『地球科学用語集』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。

• NHKビデオ『火成岩の性質』
  『〔内容〕
  １．火山の噴火の実際の姿を通して、マグマが冷却して火成岩ができていく様子を見せる。
  ２．火成岩の典型的な２つのでき方、すなわち、マグマが地表ではやく冷えてできる火山岩と、地下でゆっくり冷えてできる深成岩について説明する。
  ３．標本で、火山岩の代表的な３種（流紋岩・安山岩・玄武岩）を見せる。
  ４．同じく標本で、深成岩の代表的な３種（花こう岩･閃緑岩・はんれい岩）を見せる。
  ５．火成岩のでき方によるちがいを詳しく調べるためには、顕微鏡観察用の岩石薄片をつくる必要がある。その製作の過程を、順を追って紹介する。
  ６．でき上がった岩石薄片を偏光顕微鏡で観察する。深成岩の花こう岩と火山岩の安山岩のそれぞれの組織を比較して見せ、結晶の発達程度のちがいを示す。
  ７．火成岩の中には、半深成岩とよばれる火山岩と深成岩の中間的な岩石もあることを説明する。例として石英はん岩の標本と顕微鏡写真を見せる。
  ８．次に、火成岩には、花こう岩のような白っぽい岩石や、玄武岩のような黒っぽい岩石など、色のちがいがあることを示す。
  ９．このような色のちがいは、造岩鉱物の組合せにもとづくことを説明し、代表的な造岩鉱物を無色鉱物と有色鉱物に分けて見せる。
  １０．たて軸にでき方、よこ軸に造岩鉱物の組合せをとった火成岩の分類表を示し、いままでの学習のまとめをする。表に合せて、岩石の標本と顕微鏡写真の比較も見せる。
  １１．これらの火成岩が私たちの身の回りにも広く利用されていることを、花こう岩でつくられた国会議事堂などを例にのべる。』
• NHKビデオ『堆積岩・変成岩の性質』
  『〔内容〕
  １．砂や泥が海底に水平にたまって、平行な縞もようをもつ地層を形成する。これが堆積岩のできはじめであることを、地層の露頭の様子を見せて説明する。
  ２．砂や泥の層は堆積して間もないうちはまだ軟らかい。その様子を、固まっていない砂の層をけずって確かめてみる。
  ３．地層は長い時間がたつと、続成作用によってしだいにかたい堆積岩になる。かたく固まった泥岩層でその例を説明する。
  ４．ふつうの堆積岩の種類を、泥岩・砂岩・礫岩の順に標本で見せる。
  ５．泥岩と砂岩の組織を偏光顕微鏡で見せ、さらに両者を比較してそのちがいを示す。
  ６．火山灰や軽石が堆積してできた凝灰（ぎょうかい）岩も堆積岩の仲間であることを説明する。
  ７．特殊な堆積岩の例として、生物の遺体が堆積してできた石灰岩とチャート、化学的沈殿岩である岩塩の標本を見せる。
  ８．変成岩のうち、広域変成岩の１つ・結晶片岩の特徴と性質を、埼玉県長瀞の有名な結晶片岩の露頭を例に説明する。
  ９．結晶片岩のいくつかの種類を標本で比較しながら見せる。
  １０．結晶片岩中のしゅう（褶）曲構造を見せ、高い圧力がかかった結果できたことを説明する。
  １１．結晶片岩の組織を偏光顕微鏡で見せ、鉱物の配列が一定方向にそろっていることをわからせる。
  １２．もう１つの広域変成岩・片麻岩の性質を説明し、結晶片岩とのちがいをのべる。
  １３．日本列島における広域変成岩の分布（変成帯）の特徴を、図を用いて説明する。
  １４．変成岩の中には、マグマの熱の影響でできる熱変成岩もあることを説明し、その例として大理石を見せる。
  １５．大理石中にはアンモナイトなどの化石が入っていることを、デパートの壁での観察を通して見せる。
  １６．堆積岩や変成岩も昔から私たちの生活の中で利用されてきたことをのべる。』

• 『岩石の種類』のページを参照。
• フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』による説明を参照してください。
  ■Category:岩石（Category:Rocks）／岩石（Rock）／岩石の一覧（List of rock types）／
  ■火成岩（Igneous rock）／深成岩（Pluton）／花崗岩（Granite）／火山岩（Volcanic rock）／玄武岩（Basalt）／
  ■マグマ（Magma）／結晶分化作用／
  ■Category:火山（Category:Volcanoes）／火山（Volcano）／
  ■変成岩（Metamorphic rock）／結晶片岩（Schist）／片麻岩（Gneiss）／
  ■堆積岩（Sedimentary rock）／砕屑岩（Clastic rock）／火山砕屑岩（Pyroclastic rock）／
  ■風化（Weathering）／堆積（Sedimentation）／続成作用（Diagenesis）／

【火成岩の分類】

• 〔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〕 火成岩の分類では、一般に、横軸にシリカ成分（SiO2）をとり、縦軸に粒径をとる。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番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、ボーウェンの反応系列と呼ばれる。

  
  

  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〕 横軸はシリカ成分をとっているが、上の日本語の図とは異なり、左側ほど多いので注意。 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】

• 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〕 かんらん石→輝石→角閃石→黒雲母のように、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・カリ長石・石英が主体となる。

  
  

  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〕

【堆積岩の分類】

• ●ふつうの堆積岩の例． 礫岩：礫を主体とする岩石 砂岩：砂を主体とする岩石 シルト岩：シルトを主体とする岩石 泥岩：シルトや粘土を主体とする岩石 　など． ●火山噴出物起源の堆積岩(火砕岩)の例． 凝灰岩：火山灰を主体とする岩石 火山礫凝灰岩：火山灰を主体とし，火山礫を含む岩石 凝灰角礫岩：火山灰を主体とし，火山岩塊や火山礫を含む岩石 　など． ●生物起源の堆積岩の例． 石灰岩：石灰質の殻をもつ生物 (*1) 起源の岩石 チャート：珪質の殻をもつ微生物 (*2) 起源の岩石 　(*1) サンゴ，有孔虫など 　(*2) 放散虫，珪藻など 〔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〕 堆積岩は、上記の『ふつうの堆積岩』として形成されるものが代表であり、砕屑岩ともいう。これに火山噴出物が混じり、そして量的にも多ければ火山砕屑岩（略して火砕岩）と呼ぶ。ほかに、化学的な沈殿物が主体である化学的沈殿岩（あるいは化学的堆積岩）、および生物起源の生物岩がある。

【変成岩と温度・圧力条件】

• 変成岩の形成されうる場所． 〔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〕

  
  

  〔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〕 変成岩は、変成作用の重要な要因である温度と圧力の違いによって区別される。特定の温度・圧力条件下では、特定の鉱物の組合せが安定なため、それぞれ固有の鉱物を含む変成岩となりやすい。実際には、鉱物組合せだけでなく化学組成も異なるため、それらを詳しく調べることで、生成した温度・圧力条件を決定できる場合が多い（地質温度計・地質圧力計という）。また、適当な放射性元素を含んでいれば、その母と娘の同位体組成を測定することにより、その半減期から生成年代を決定できる（放射年代という）。これらのデータがそろえば、含まれる岩石の時間と空間における変化の経路を決めることが可能であり、それは地殻変動を明らかにするための情報を与える。 １bar＝106dyn/cm2＝105N/m2＝105Pa。 1 GPa＝109Pa＝104 bar＝10 kb。

参考

【地質学的な諸作用と岩石】

• 図.1　プレートテクトニクスから見た岩石の地質学的なサイクルと地学現象の概念（平野 1996に着色） 〔国土防災技術（株）の『技術情報』の『技術・研究ノート』の『地質学入門』の中の『岩盤・岩石の種類』から〕 風化作用→浸食作用→運搬作用→堆積作用（堆積物の形成）→続成作用（堆積物から堆積岩へ）→変成作用（変成岩の形成）→火成作用（火成岩の形成）