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第９回　地殻の構成：　岩石

配付プリント等

• 　岩石（Rock）は成因（Genesis）の違いによって３種類に分けられる。火成岩・変成岩・堆積岩である。
  　火成岩（Igneous Rock）は、熔融したマグマ（Magma）が固結してできた岩石である。一般に、化学組成のSiO2（ケイ酸、シリカ、Silica）成分量および生成深度の違いによって細分されている。シリカ成分が多いものは酸性岩（Acidic Rock）と、少ないものは塩基性岩（Basic Rock）と呼ばれる（化学における酸性・塩基性とは定義が異なるので注意）。構成鉱物としては、酸性岩では石英（Quartz）や長石（Feldspar）などの無色鉱物が多いために明色である一方、塩基性岩では有色鉱物が多いために暗色である。また、生成深度が深いと鉱物の粒子が大きく成長しやすいために粗粒となり、深成岩（Plutonic Rock）と呼ばれる。逆に浅い場合には、粒子が小さく（場合によってはガラス質となる）微粒〜細粒となり、火山岩（Volcanic Rock）と呼ばれる。これは、いわゆる火山に伴う岩石である。海嶺で生成している塩基性の火山岩である玄武岩（げんぶがん、Basalt）は、海洋地殻（Oceanic Crust）の典型的な岩石である〔深成岩である斑れい岩（斑糲岩、Gabbro）も多い〕。また、沈み込み帯の地下で生成している酸性の深成岩である花崗岩（かこうがん、granite）は、大陸地殻（Continental Crust）の典型的な岩石である。
  　変成岩（Metamorphic Rock）は、地表に存在していた岩石（何でもよい）が地下に埋没することにより、温度（Temperature）と圧力（Pressure）の上昇に伴って新たな鉱物が生成したものである。それは、構成鉱物の一部でも全部でも構わない。温度と圧力の両方の影響が強い場合と、どちらか一方の影響が強い場合とがある。前者の例は片麻岩（Gneiss）であり、後者の圧力の例は片岩（Schist）である。これらは、広域的に生成することが普通であるので広域変成岩（Regional Metamorphic Rock）と呼ばれることもある。専門的には、特定の温度・圧力条件下で安定な特有の鉱物相の出現を基準にして、温度と圧力条件に対する変成相（Metamorphic Facies）を定義している。地下での温度・圧力の変化はある連続的な経路を辿るため、変成相系列（Metamorphic-ｆacies Series）という概念も使われている。これらの変成作用（変成岩を生じる作用）はプレート運動と密接に関連することが知られており、変成岩の研究から地殻の変遷が明らかにされてきている。
  　堆積岩（Sedimentary Rock）は、地表付近でできた岩石である。地表に存在する岩石は、風化作用（Weathering）・浸食作用（Eroding）によって溶解・分解され、運搬作用（Transporting）・堆積（Sedimentation）作用によって河川等により海岸等へ運ばれて堆積する。その過程で、地表条件で不安定な鉱物は減り、比較的強靭な鉱物が多く残る。具体的には、石英や長石の一部が残りやすい。従って、このような堆積岩は鉱物の種類よりも粒子の大きさで分類した方が便利である。このような堆積岩は砕屑岩（さいせつがん、Clastic Rock）とも呼ばれるが、粒径によって礫岩・砂岩・泥岩などと名付けられている。砕屑岩が形成される時に、火山活動によって火山灰などの火山放出物が多く含まれると、火山砕屑岩（略して火砕岩、Pyroclastic Rock）と呼ばれる（ただし、火成岩に含められることもある）。堆積岩には、他に生物（Organic）岩や化学的（Chemical）沈澱岩もある。
  　地殻を構成する典型的な岩石は火成岩である。しかし、地殻深部では変成岩に変化している可能性が大きい。堆積岩は地殻表層部のみに存在する。従って、地殻における存在量は、多いほうから変成岩−火成岩−堆積岩の順であることが推定される。
  　なお、マントル（Mantle）を構成する物質は一種の変成岩であるが、地殻のものと大きく異なり、深度（温度・圧力）の違いに応じて異なる。しかし、マントルを構成する物質の詳細は不明な部分が多く、研究の途上にある。
• 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。
• 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（Igneous differentiation）／ノーマン・ボウエン（1887-1956）（Norman L. Bowen）／
  ■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】

• 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〕 　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（生成深度：深いほど粗粒）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。

【ボーウェンの反応系列】（ボーエンあるいはボウエンとも記される）

　カナダの岩石学者のノーマン・ボウエン〔ボーウェン、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。〔リンクはウィキペディア〕

• 早稲田大学資源地球化学研究室（内田研究室）（HP/2011/5）による『（偏光顕微鏡）』から

• 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（ボーウェンの反応系列） 〔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）

【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。

【基本的な堆積岩】

• 砂岩（さがん、sand stone）：構成鉱物の粒径が2mm〜1/16mmの砕屑岩（clastic rock）。	泥岩（でいがん、mud stone）：構成鉱物の粒径が1/16mm以下の砕屑岩（clastic rock）。
  堆積岩（sedimentary rocks）は、地表における風化・浸食・運搬・堆積作用によって形成される岩石であり、砕屑岩が主体である。地表環境条件下で不安定な鉱物は、破砕と分解の過程で消失するため、一次鉱物（源岩を構成していた鉱物）の種類は限られる（主に石英および長石の一部が残る。他には岩片状のものも残る。さらに地表条件で安定な粘土鉱物のような二次鉱物も形成される）。一方、破砕によって半分また半分と粒径が小さくなると仮定すれば、(1/2）nとして構成鉱物の大きさを表せる。人為的に2mmや(1/2）4mm（＝1/16mm）などが砕屑物の大きさの境界として使われ、2mm以上の粒子から構成されるものは礫、2mm〜1/16mmは砂、1/16mm以下は泥とされている。これらの堆積物（sediment）は地下での続成作用（diagenesis）によって粒子間が固定されると、堆積岩（sedimentary rock）となる。これらは層状の組織・構造を持つので一般に地層（stratum）と呼ばれる。

【基本的な変成岩】

• 片麻岩（へんまがん、gneiss、ナイス）：高温および高圧の変成条件下で形成される変成岩。火成岩の花崗岩に似ているが、源岩の種類の違いによって、構成鉱物は変動する。大陸地殻中〜深部に地表の岩石がもたらされて形成されるので、大陸地殻の形成史に関連する情報をもつ。	片岩（へんがん、schist、シスト）：高圧および中〜低温の変成条件下で形成される変成岩。圧力（応力、stress）に垂直な方向に押し潰されたような組織を示す（この写真は平らな面を撮っているので明瞭ではないが、下部に見える断面では平行な縞模様が見える）。
  変成岩（metamorphic rocks）は、地表付近にあった岩石が地下へ埋没し、地下の高温・高圧条件によって、構成鉱物の一部または全部が変化した岩石である。一般的な変成岩は、圧力と温度の両方の影響を受けて形成される。とくに両方の影響が大きい変成岩は、構成鉱物が粗粒であり等粒状になって、一見花崗岩に似る場合もあるが、このようなものは片麻岩と呼ばれる。比較的圧力の影響が大きい場合には応力のために層状を示すことがあり、その代表的なものが片岩である。これらは広域的に形成される場合が普通であるので広域変成岩に含まれる。また、特別に温度の影響が強い場合は熱変成（接触変成）岩と呼ぶことがあり、逆に圧力の影響が強い場合は動力変成岩と呼ぶことがある。