岩石 (火成岩、堆積岩、変成岩)

• 岩石: 地殻やマントルを構成する固体物質の総称。 複雑な組成の混合物をそのままさすことば。 ただし(ふつう)固結しているものに限る。 (未固結のものは、たとえば「堆積岩」のかわりに「堆積物」のように言う。)
• 鉱物: (岩石を構成する) (ほぼ)均質な物質。(たいていは)結晶となっている。
• (鉱石: (金属などの)有用物質の原料となる鉱物を含む岩石。 (これは自然科学だけでなく経済的有用性も考慮した用語)。)

地殻を構成するおもな物質

(図表 2章 66-67ページ「地球の内部構造」のうち[1 E]「元素の重量比」など)

元素としては、O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K など。

組成は、酸化物からなるとみなせる。SiO₂, Al₂O₃, FeO, Fe₂O₃, MgO, CaO, Na₂O, K₂O。

実際の多くの鉱物の組成は、複数の酸化物が組み合わさったものである。

元素の周期表上の位置と原子価

• 元素の周期表は、図表 付表 216ページ [1]、 『理科年表』裏表紙見返し、 [外] Wikipedia 日本語版 [[周期表]]
• Siは、Cと同様に、最外殻電子が4個なので、4価になりやすい。 ただし、Cよりはやや金属寄りなので、Cは C-C の結合をつくりやすいが、 Siは、非金属の O (2価)とあわせて Si-O-Si の結合をつくりやすい。 Si-O-Siの結合で正四面体構造をつくると、 SiO₄^4- になり、 金属元素の陽イオンとあわせて中性になることができる。 また、正四面体構造がたくさんつながったSiO₂の組成の鉱物をつくることがある。 (cf. C-Cの結合で正四面体構造がつながったものがダイヤモンド。)
• Na, K は1価、Mg, Ca は2価の陽イオンになる。 Feは2価と3価になりうる。

鉱物

図表 2章 110-111ページ「鉱物」、112-113ページ「鉱物の性質」; 松原ほか『鉱物の博物学』

(補足) 結晶系を理解するための幾何学的概念

• 多角形: 直線の線分でかこまれた平面図形。n角形には n個の辺と n個の頂点がある。
• 正多角形: 多角形のうち、辺の長さが同じ、内角が同じもの。n=3以上のすべての正n角形がある。
• 多面体: 多角形で構成された立体。
• 正多面体: 同じ大きさの正多角形で構成された立体。5種類: 4(3角形), 6(4角形), 8(3角形), 12(5角形), 20(3角形)。
  • 正四面体: 4つの正三角形で構成された立体。頂点の数も4。

鉱物を組成によって分けて、例をあげてみる

• ケイ酸塩 (これが地殻の大部分をしめる。多くは SiO₄^4-正四面体と金属イオンからなっているとみられる): かんらん石、輝石、角閃石、長石(カリ長石、斜長石)
• ほぼ純粋な 二酸化ケイ素(SiO₂): 石英 [水晶はその特殊なもの]
• (その他の)酸化物
  • (例) 磁鉄鉱 (Fe₃O₄)
• 炭酸塩
  • 炭酸カルシウム(CaCO₃) ... 方解石、アラレ石 (成分は同じだが結晶の体系がちがう)
• 単体
  • 炭素 (C) ... グラファイト(石墨、黒鉛)、ダイヤモンド (成分は同じだが結晶の体系がちがう)
  • 硫黄 (S)
  • 自然金 (Au)、自然銀 (Ag)

岩石のできる原因に関する知識の発達

• 地層があり、現在の湖底や河床の堆積物と似たところがあることが認識された。
• 火山の存在も認識された。
• 水成論 (18世紀) 「(火山を例外として) すべての岩石は水の底に堆積してできた。」
• 火成論「地球は溶融状態からひえた。(明確な堆積岩以外の) 岩石は液体からの凝固によってできた。」
• 火成と堆積の一方だけでは説明できない。両方のプロセスにそれぞれの役わりがある。

岩石の大分類

• 火成岩 ... 融解した岩石(マグマ)が凝固してできる。 図表 2章 108-109ページ「おもな火成岩」、106-107ページ「火成岩とマグマ」、104-105ページ「火成岩のでき方」
• 堆積岩 ... 砕屑物[さいせつぶつ]などが水中に堆積して地層を形成する。 図表 3章 124-125ページ「堆積岩」、126-127ページ「地層の形成」、128-129ページ「地層構造」
• 変成岩 ... 堆積岩や火成岩が、高圧や高温のもとで、鉱物の種類や配列が変化してできる。 図表 3章 132-133ページ「変成作用と変成岩」、136ページ「岩石の移り変わり」

火成岩の大分類

次の2つの軸のかけあわせ。(図表 106ページ[1]「火成岩の分類」、104ページ[1]「火成岩のできるところ」)

藤岡 (2017)の本でいう「三つの石」に注目しよう。

• 玄武岩: MgやFeの比率が高い火山岩。海洋地殻の大部分をつくる。
• 花崗岩: MgやFeの比率が低い深成岩。大陸地殻の代表的岩石。
• かんらん岩: MgやFeの比率が特に高い深成岩。マントルがおもにこれでできていると考えられている。

火山

火山から出てくるもの (図表 100ページ「火山噴出物」)

• 火山ガス ... SO₂、CO₂など
• 火砕物(火山砕屑物) ... 破砕された岩石など
  • 火山岩塊(火山弾)、火山礫[れき]、火山灰 (粒径によって名まえがわけられている) ... 大気中に打ち上げられ、重さで降下する。
  • 火砕流 ... 火砕物とガスが混ざって地面に沿って流れる。【人がこれに出会うと逃げるのはむずかしい。】
• 溶岩 ... 液体として流れ出る (それから固結)

図表 2章 98-99ページ「火山活動」、96-97ページ「火山分布とマグマの発生」、101ページ「火山の災害と恵み」、102-103ページ「火山災害への備え」、94-95ページ「富士山の科学」も参照。

堆積岩とは?

堆積岩の種類 (図表 3章 124-125ページ「堆積岩」)

• (多くはケイ酸塩岩石の)砕屑物[さいせつぶつ]からなるもの ... 礫[れき]岩、砂岩、泥岩
  • 礫、砂、泥(シルト、粘土)は、粒径でわけている。 粒径 2 mm よりも大きいものが礫、1/16 mm よりも小さいものが泥 (図表 124ページ [1 A]「堆積物と堆積岩の分類」)。
• 火山砕屑物からなるもの ... 凝灰岩[ぎょうかいがん]など
• 生物の遺骸または化学的沈殿によるもの ... 石灰岩(主成分CaCO₃)、チャート(主成分SiO₂)など
  • 殻をつくる生物については 図表 3章 124ページ [1 C]「堆積物をつくる生物」、143ページ [2]「化石を用いた研究」を参照。
    • 有孔虫: 炭酸カルシウムの殻をつくる動物の代表例
    • 円石藻: 炭酸カルシウムの殻をつくる植物の代表例
    • 放散虫: 二酸化ケイ素の殻をつくる動物の代表例
    • ケイソウ(珪藻): 二酸化ケイ素の殻をつくる植物の代表例
• 水が蒸発して残ったもの ... 岩塩(主成分NaCl)、石膏[せっこう](主成分CaSO₄)など

堆積岩をつくるのにかかわる、地表でおこるプロセス

図表 3章 118-123ページ「地表の変化」

風化 (図表 118ページ)

• 物理的風化
  • 温度変化
  • 水の凍結融解
• 化学的風化
  • 炭酸塩岩 (石灰岩)の溶解・カルスト地形 (図表 118ページ右下「カルスト地形」、119ページ [4]「鍾乳洞」)
  • ケイ酸塩岩も、鉱物が化学変化で動きやすい鉱物に変化することによって風化が進むことがある。(図表 118ページで、 花崗岩の長石がカオリナイトに変わることに言及)
• 生物的風化・土壌の形成 (この図表には出てこない)
  • 植物の根のはたらき
  • 土壌微生物による有機物の分解にともなうはたらき

河川のはたらき・河川地形 (図表 119ページ[3]「自然水の作用」、120ページ 「河川の作用」)

• 侵食作用
• 運搬作用
• 堆積作用

泥・砂・礫のうち、砂がいちばん動きやすい。 礫が動くのには強い流れが必要。 泥は、いったん動きだせば弱い流れで動くが、動きはじめるのには強い流れが必要。 図表 119ページ [3]の「粒径と流速の関係」のグラフ参照。

沿岸流や波浪のはたらき・海岸地形 (図表 121ページ)

氷河のはたらき・氷河地形 (図表 122ページ)

風のはたらき・砂丘地形 (図表 123ページ)

土壌水分の凍結融解による地形 (図表 118ページ左下の「構造土」がその例)

堆積岩の形成

• 地層の形成、堆積構造 (図表 3章 126-127ページ)
• 海底の乱泥流(混濁流) (図表 3章 127ページ 中段右の図)
• 続成作用 ... 堆積物が固結して堆積岩になること (図表 3章 124ページ [1 B])

堆積後の地層の変形 (図表 3章 128ページ「地質構造」)

• [1] 断層
• [2] 褶曲[しゅうきょく]
• [3] 侵食による不整合

変成岩と変成作用

図表 3章 132-133ページ「変成作用と変成岩」、136ページ「岩石の移り変わり」

変成作用: 岩石が、それができたときとはちがう圧力や温度の条件のもとで、 鉱物の組み合わせや組織(おおざっぱにいうと、鉱物の結晶の大きさやならびかた)が変わること。

変成岩: 変成作用によってできた岩石。

接触変成作用 ... 岩石が高温のマグマに接触する。... ホルンフェルスや結晶質石灰岩(大理石)ができる。

広域変成作用 ... 岩石に強い応力がかかる。... 結晶片岩や片麻岩ができる。 岩石の組織が、結晶が一定の方向にならんだものになる。

日本では、広域変成作用による変成岩のうち、(相対的に)低圧型のものと高圧型のものが 組になって分布する。これは、プレートのしずみこみにともなって生じたと説明されている。 (図表 163ページ [3 C] 「日本の広域変成帯」)。

本の紹介

[「本の紹介」のページの「地質」のところ]をみてください。