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ここにあるのは、だれかが実際に調べ、考え、作ってきたことを集めたメモです。気になったら、ページの下の「参考にした情報源」から、もとの本や記事、それを生み出した人たちに、直接ふれてみてください。このメモには書ききれないおもしろさが、そこにあります。

いわの なかに、もっと ふるい いしの かけらが はいって いるのは、なぜ?

岩の中に20億年前の石のかけらが入っているのはなぜ? ── 岩の3つのでき方

岩石の中に古い岩石の礫が含まれるのはなぜか ── 火成岩・堆積岩・変成岩のでき方と循環

分野:自然

ぎふけんの 川の そこで、ふしぎな いわが 見つかりました。いわの なかに、20おく年まえに できた べつの いしの かけらが、はいって いたのです。

いしの なかに、どうして べつの いしが はいるの? それを 知る ために、いわの 3つの できかたを 見て みましょう。いわは できて おわりでは なく、つぎの いわの ざいりょうに なる ことが わかります。

岐阜県七宗町の川底で見つかった岩の中に、約20億年前にできた別の石のかけらが入っていました。日本列島で最古の石とされたものです。

石の中に、どうして別の石が入っているのでしょう。岩の3つのでき方を見ると、岩はできて終わりではなく、次の岩の材料になっていくことが分かります。

岐阜県七宗町の飛騨川の河床で見つかった礫岩には、約20億年前にできた珪線石片麻岩の礫が含まれていた[8]。礫岩の中に、それより古い岩石のかけらが入っているのだ。

なぜ岩石の中に別の岩石が入りうるのか。岩石を冷却・堆積・変成という3つのでき方に分けると、岩石が別の岩石の材料として使い回されることが分かる。礫の年代と、礫岩そのものの年代を区別して読む点も押さえておく。

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1. いしの なかに、いしが ある

1. 川底の岩の中に、石のかけらが入っていた

1. 礫岩の中の礫 ── 約20億年前という年代が示すもの

1970ねん、ぎふけんの 川の そこで、まるい 小さな いしが たくさん かたまった いわが 見つかりました[8]。この いわを「れきがん」と いいます。

この れきがんの なかには、ほかの いしと ちがう かけらが ありました。しらべたら、やく20おく年まえに できた いしだと わかりました[8]。日本で いちばん ふるい いしと されて います。

ぎふけんの ひちそうちょうには、この いしを しょうかいする はくぶつかんが あります[9]。その いしの ことも、ここで しらべられて います。

ただし、20おく年なのは なかの かけらです。かけらを つつむ れきがんが できた 年は、しりょうに よって ちがいます。

では、いしの なかに いしが はいるのは、どうしてでしょう。

1970年(昭和45年)3月、岐阜県七宗町を流れる飛騨川の川底から、一つの礫岩が見つかりました。礫岩とは、丸みのある小石(礫)が砂や泥とともに固まった岩です。この礫岩に含まれる珪線石片麻岩の礫を、放射性同位体を使う方法で調べると、約20億年前にできたと岐阜県観光連盟の記事で紹介されています[8]。

この石は日本列島最古の石とされ、七宗町の日本最古の石博物館で紹介されています[9]。

ここで気をつけたいのは、20億年というのは礫の年代だということです。礫を包んでいる礫岩そのものの年代は、資料によって数字がちがいます。

それなら、できあがった石の中に、どうして別の石のかけらが入るのでしょう。

1970年(昭和45年)3月に飛騨川の河床で発見された礫岩について、含まれる珪線石片麻岩の礫を放射性同位体の比で年代測定したところ、約20億年前の形成と紹介されている。日本列島最古の石とされ、出典は観光連盟の紹介記事であり、測定そのものを報告した論文ではない[8]。七宗町の日本最古の石博物館でもこの石が紹介されている[9]。

ここで区別すべきは、約20億年前なのが礫(片麻岩)であって、礫岩そのものの年代ではない点だ。礫岩の年代は資料により異なり、礫の年代と取り違えやすい。

礫岩はあとで述べるとおり堆積岩の一種で、粒が積もって固まった岩だ。粒が積もるには、その前に別の岩石が存在していなければならない。礫より新しい岩の中に礫が入る理屈は、岩石のでき方を3つに分けて見ると整理できる。

2. いわは、「ひえる」「つもる」「かわる」で できる

2. 岩のでき方は、冷える・積もる・変わるの3つ

2. 岩石の3区分 ── 火成岩・堆積岩・変成岩と、礫岩の位置づけ

いわの できかたは、大きく 3つに わけられます[2]。

1つめは、ひえて かたまる。マグマ(とけた いわ)が ひえて、かたい いわに なります。「かせいがん」と いいます。

2つめは、つもって かたまる。すなや どろの つぶが つもり、おされて かたまります。「たいせきがん」と いいます。

3つめは、かわる。もとから ある いわが、あつさや おす ちからで、べつの いわに かわります。「へんせいがん」と いいます。

さっきの れきがんは、2つめの なかまです。まるい いしの つぶが つもって、かたまって できました。なかの 20おく年まえの かけらは、れきがんが できる まえから、もう いしだったのです。

この かけらは「へんまがん」と いう、3つめの なかまの いしです[6]。つまり、3つめの いしが こわれて つぶに なり、2つめの いわの ざいりょうに なった、という ことです。

岩石は、でき方で3つに分けられます。アメリカの国立公園局の教材も、同じ3つを紹介しています[2]。

3つのでき方

1つめは、マグマが冷えて固まる火成岩です。2つめは、砂や泥、小石が層になって積もり、埋もれて固まる堆積岩です。3つめは、すでにある岩石が熱や圧力を受けて、中の鉱物が変わる変成岩です[2]。

礫岩はどの仲間か

礫岩は、礫が積もって固まったものなので堆積岩です[3]。包まれていた礫は、固まる前から石でした。珪線石片麻岩の片麻岩は変成岩の一種です[6]。

つまり、変成岩だった石がこわれて礫になり、積もって、堆積岩の材料になった、という道すじが考えられます。どこから運ばれたのかまでは、ここで使った資料には書かれていません。

岩石は成因により、マグマが冷えて固まった火成岩、砕屑物などが積もって固結した堆積岩、既存の岩石が温度・圧力の変化で鉱物組成や組織を変えた変成岩に大別される[2][1]。

礫岩は粒径2mm以上の粒子からなる堆積岩だ[3]。珪線石片麻岩の片麻岩は変成岩に属する[6]。したがって七宗町の礫は、変成岩がいったん礫になって積もり、堆積岩に取り込まれたものと読める。堆積岩は粒が積もって固まる以上、その粒はすでに存在した別の岩石に由来するからだ。

ただしこれは分類からの推論で、礫がどこからどう運ばれたかは、ここで使った資料に書かれていない。以下、3つのでき方を順に見る。まず礫岩の属する堆積岩から始める。

3. つぶが つもって、いしに なる

3. 粒が積もって、石になるまで

3. 堆積岩 ── 粒径による分類と、圧密・膠結による固結

たいせきがんは、つぶの 大きさで 名前が かわります[3]。

2ミリより 大きな つぶが かたまると れきがん。すなの 大きさなら さがん。いちばん 小さい どろの つぶなら でいがんです。

では、ばらばらの つぶは、どうして かたい いわに なるのでしょう。うえに つもった ものの おもみで、つぶの すきまが つぶされて いきます。そして、すきまに はいった ものが のりの ように つぶと つぶを くっつけます[4]。

たいせきがんの なかには、いきものが もとに なる ものも あります。サンゴや かいの からが つもって せっかいがん。ちいさな ほうさんちゅうの からが つもって チャート。木や くさが つもって せきたんです[5]。

ただし、せっかいがんは、すべてが いきもの から できる わけでは ありません。

いきものの からだが、いわの もとに なって いる。ふしぎですね。

粒の大きさで名前が決まる

堆積岩は、礫・砂・泥などが積もって固まった岩石で、粒の大きさで3つに分けられます。直径2mm以上なら礫岩、約16分の1mmから2mmなら砂岩、約16分の1mm以下なら泥岩です[3]。礫岩の下限の2mmは、泥岩の上限の16分の1mmの32倍です。

ばらばらの粒が岩になる

積もった粒が岩になる過程を、続成作用といいます。上に積もるものの重みで、粒のすき間がせまくなります(圧密)。さらに、すき間に物質が沈着して、粒どうしをつなぎます(膠結)[4]。

生きものがもとになる岩

堆積岩には、生きものの遺骸が材料になるものがあります。サンゴや貝殻、有孔虫が積もった石灰岩、放散虫の殻が積もったチャート、植物からできる石炭です。火山灰が積もった凝灰岩もあります[1][5]。ただし石灰岩は、化学的に沈殿してできるものもあり、すべてが生物起源とは限りません。

では、積もってできた岩が、熱や圧力を受けたらどうなるのでしょうか。

堆積岩は粒径で分類され、礫岩は2mm以上、砂岩は約1/16〜2mm、泥岩は約1/16mm以下である[3]。礫岩の下限は泥岩の上限の32倍にあたる(2÷(1/16)=32)。

ばらばらの堆積物が岩石になる過程が続成作用で、2つの作用を含む。上載荷重によって粒間の空隙が減る圧密作用と、粒間に物質が沈着して粒子を結びつける膠結作用だ[4]。粒が積もるだけでは岩にならず、すき間が詰まることと、粒どうしが接着されることの両方が要る。

起源が生物の堆積岩もある。石灰岩はサンゴ・貝殻・有孔虫などの遺骸が積もったもの、チャートは放散虫などの殻が海底に積もったもの、石炭は植物の遺骸に由来する。凝灰岩は火山灰が積もってできる[1][5]。ただし石灰岩には化学的沈殿でできるものもあり、すべてが生物起源とは限らない。

堆積岩は、いったん固まっても終点ではない。熱や圧力を受ければ別の岩石に変わる。次はその変成作用を見る。

4. サンゴの いわが、だいりせきに なる

4. 溶けずに変わる ── 石灰岩が大理石になるとき

4. 変成岩 ── 固体のまま起きる変化と、石灰岩から大理石へ

3つめの できかたは、「かわる」です。いわは、とけない まま、かたい ままで、べつの いわに かわる ことが あります[6]。

かわる ばしょは 2つ あります。マグマの ねつを うけた まわりの いわ。そして、大きな 大地が ぶつかり あう ところの いわです。300ど から 800どほどの ねつが かかる ことも あります[1]。この すうじは めやすです。

たとえば、サンゴや かいが つもって できた せっかいがんは、ねつを うけると、つぶが 大きく なって だいりせきに なる ことが あります[5]。

うみの いきものの からが、ながい ながい じかんを へて、きれいな いしの ゆかや かべに なる。すごい はなしです。

ただし、とけてしまったら、へんせいがんでは ありません。とけて ひえて かたまれば、かせいがんに なります。

固体のまま変わる

変成岩は、堆積岩や火成岩が、温度や圧力の変化を受けてできた岩石です。変成作用は、岩石が溶けず、固体の状態を保ったまま起こります[6]。鉱物のあいだで反応が起こり、新しい鉱物や組織ができます。溶けて固まれば、それは火成岩です。

2つの変わり方

島根県の資料によると、マグマの熱でできる接触変成岩は500〜600℃ほどの変成作用でできます。プレートの衝突などで広い範囲にできる広域変成岩は、300〜800℃ほどの温度と強い圧力が目安です[1]。変成岩の種類によっては、200〜300℃ほどの低い温度でできるものもあります[6]。

生きものの遺骸が、大理石に

大理石は、石灰岩が変成して、方解石の結晶粒が大きくなったものです[5]。サンゴや貝殻の積もった岩が、熱を受けて別の岩石になるのです。

では、岩が溶けた先にあるマグマは、どうやって岩に戻るのでしょうか。

変成岩は、堆積岩や火成岩(源岩)が変成作用を受けて生じた岩石だ。変成作用は岩石が固体の状態を保ったまま進み、温度・圧力の変化に応じて鉱物の間で反応が起こり、新しい鉱物や組織ができる[6]。溶融すればマグマになり、固まれば火成岩に分類されるため、変成と溶融は区別される。

島根県の資料では、マグマの熱による接触変成岩は500〜600℃程度、プレートの衝突などで広域にできる広域変成岩は300〜800℃程度と強い圧力が目安とされる[1]。ただしこの温度は目安で、種類により200〜300℃程度の低温でできるものもある[6]。

具体例が石灰岩と大理石だ。サンゴ・貝殻・有孔虫などの遺骸が堆積した石灰岩が変成し、方解石の結晶粒が大きくなったものが大理石(結晶質石灰岩)である[5][1]。生物起源の堆積岩が、固体のまま変成岩に変わる経路が、ここに見える。

変成は溶ける手前の変化にすぎない。では、溶けた先のマグマは、どう岩石に戻るのか。

5. マグマが ひえる はやさで、つぶの 大きさが かわる

5. マグマが冷える速さと、粒の大きさ

5. 火成岩 ── 火山岩と深成岩を分ける、冷却速度と粒径

1つめの できかたに もどりましょう。マグマが ひえて かたまった いわが、かせいがんです[1]。

かせいがんは、どこで ひえるかで 2つに わかれます。ちめんの ちかくで すぐに ひえると、つぶが 細かい「かざんがん」に なります。

ちかの ふかい ところで ゆっくり ひえると、つぶが 大きい「しんせいがん」に なります。つぶの 大きさは、およそ 1ミリより 大きく なります[1]。1ミリは、1円玉の あつさの 3ぶんの 2 ほどです。

ちかの ふかい ところで ひえた いわでも、かせいがんです。かざんで できた いわだけが かせいがんでは ありません。

つぶの 大きさを 見れば、その いわが どんな ふうに ひえたのかを、ちょっと 想ぞう できるのですね。

火山でできた岩だけではない

火成岩は、マグマが冷えて固まった岩石です。火山から出てきた溶岩が固まったものだけでなく、地下で固まったものも含みます[1]。

冷える速さが、粒の大きさを決める

地表の近くで急に冷えたものを火山岩といい、粒が細かくなります。地下深くでゆっくり冷えたものは深成岩で、鉱物の粒は約1mmより粗くなります[1]。1円玉の厚さは約1.5mmなので、1mmはその3分の2ほどです。

岩の粒の大きさは、その岩がどんな場所で、どれくらいの時間をかけて冷えたのかを知る手がかりになります。

では、火成岩になれば、そこで旅は終わりなのでしょうか。

火成岩はマグマが冷却・固結した岩石で、冷える場所で2つに分かれる。地表付近で急冷したものが火山岩(粒が細かい)、地下深部でゆっくり冷えたものが深成岩で、鉱物粒子は約1mmより粗くなる[1]。

資料は、深成岩の粒が粗いのは「ゆっくり冷えて固まるため」と説明する[1]。つまり粒の大きさは、どれくらいの速さで冷えたかを示す手がかりになる。1円玉の厚さ約1.5mmを基準にすれば、深成岩の粒は1mmより粗く、1円玉の厚さの3分の2ほどから上の粒子ということになる。

「火成岩=火山でできた岩」という理解は不正確だ。地下で固まる深成岩も火成岩に含まれる[1]。なお個々の岩石名(流紋岩・玄武岩・花崗岩など)を火山岩と深成岩へ振り分けるには別の資料が要るため、ここでは示さない。

火成岩・堆積岩・変成岩のどれも、別の岩石の材料になりうる。その全体像が岩石の循環だ。

6. いわの たびは、どこが ゴールなの?

6. 岩の旅は、一方通行ではない

6. 岩石の循環 ── 順序は固定ではなく、近道も行き止まりもある

いわは、どの しゅるいでも、ほかの いわに なる ことが できます[7]。

どの いわも、かぜや 水で けずられると、つぶに なって つもります。ねつや おす ちからを うけると、かわります。とけると マグマに なり、また ひえて かせいがんに なります[7]。

アメリカの 国立公園の きょうざいは、この ようすを「ながい、ゆっくりした たび」と よんでいます[2]。

ただし、いつも 1つめ、2つめ、3つめの じゅんばんでは ありません。ちかみちが あったり、とちゅうで とまったり します。

20おく年まえの かけらも、この たびの とちゅうの すがたです。いまは、れきがんの なかで やすんで いるのかもしれません。

どの岩も、別の岩の材料になる

どの岩石も、風化や侵食を受ければ堆積物になります。圧力や熱を受ければ変成岩になり、溶ければマグマになって、また火成岩になります[7]。アメリカの国立公園局の教材は、これを「長くゆっくりした旅」と呼んでいます[2]。

決まった順番ではない

この旅は、火成岩→堆積岩→変成岩と、決まった一方向に進むわけではありません。堆積岩が、溶けずに別の堆積岩の材料になることもあれば、変成岩がまた変成することもあります。近道も、行き止まりもあります[7]。

どのくらいの年数がかかるかは、ここで使った資料には書かれていません。

七宗町の礫は、変成岩として生まれ、礫になって積もり、礫岩の中に入った、旅の途中の姿と見ることができます。

岩石の循環の原理は単純で、どの岩石も風化・侵食を受ければ堆積物となり、熱や圧力を受ければ変成岩となり、溶融すればマグマとなって再び火成岩になりうる[7]。米国国立公園局の教材は、これを深部の岩が地表へ近づき、また地下へ沈む「長くゆっくりした旅」と説明するが、具体的な年数は示していない[2]。

注意すべきは、循環が決まった一方向の順序ではない点だ。火成岩から堆積岩、変成岩、マグマと一周するとは限らず、近道や行き止まりがある[7]。たとえば堆積岩が溶けずに侵食されて別の堆積岩の材料になる道も、変成岩がさらに変成する道もありうる。

七宗町の礫岩は、この循環の一断面と読める。約20億年前の礫(変成岩)が、のちに堆積岩の礫岩の構成粒子になったという位置づけだ[8][3]。礫岩が今後どうなるかは、さらに熱や圧力を受けるのか、削られるのかで変わる。

循環にかかる年数は、ここで使った資料に書かれていない。数百万年といった数字を見かけたら、その出典を確かめる必要がある。

7. みぢかな いしを、3つの みちで 見て みよう

7. 身近な石を、3つの道すじで眺めてみる

7. 観察の手がかり ── 粒・結晶・層から道すじを考える

まちの いしがきや、おはかの いし、えきの ゆかを 見て みましょう。だいりせきの ゆかも あるかも しれません。

見る ところは 3つ です。1つめ、つぶが 見えるか。2つめ、つぶの 大きさは そろって いるか。3つめ、きらきら 光る 結晶けっしょうが 見えるか。

つぶが 見えても、それだけでは つもって できた いわか どうかは きめられません。つぶの 大きさも てがかりの 1つです。きらきらした 大きな つぶが 見えたら、ひえて かたまった いわや、かわった いわの かもしれません。

ただし、見た だけでは きめられません。「どれかな?」と 考える ことが、たのしいのです。

石を さわる ときは、道ろや 川、がけに ちかづきすぎないで ください。ぎふけんの はくぶつかんに 行ける 人は、20おく年まえの 石を 見て みるのも いいですね[9]。

町の石垣、墓石、駅や建物の床を見てみましょう。大理石の床が見つかるかもしれません。

見るところは3つです。粒が一つずつ見えるか。粒の大きさはそろっているか。きらきら光る結晶の粒が見えるか。

粒が見えても、それだけでは積もってできた岩かどうかは決められません。結晶の粒もあるので、粒の大きさや形も手がかりの一つになります。大きな結晶の粒が見えれば、冷えて固まった岩か、変成した岩かもしれません。見た目だけでは決められませんが、「この石は、旅のどのあたりだろう」と考えること自体が、観察になります。

安全のため、道路や川、がけには近づきすぎないでください。石を割ったり、持ち帰ったりしてはいけない場所もあります。

七宗町の日本最古の石博物館に行く機会があれば、20億年前の石を実物で見ることもできます[9]。公式の情報で、開館日などを確かめてから出かけましょう。

身近な石の観察では、粒が1つずつ識別できるか、粒径がそろっているか、結晶の粒が大きいか、の3点を手がかりにできる。粒が見えるなら堆積岩、粗く成長した結晶なら深成岩や変成岩の可能性があるが、見た目だけで種類は確定できない。大理石の床(石灰岩が変成した岩)が建物にあれば、結晶粒の大きさを見る手近な教材になる[5]。

安全面では、道路・河川・崖に近づきすぎない。採取が禁じられている場所もあるため、石は割ったり持ち帰ったりしない。

資料としては、岩石の区分を扱う島根県の説明[1]、日本語で読める用語辞典の項目[4][6]、七宗町の礫を紹介する岐阜県観光連盟の記事[8]が出発点になる。礫岩そのものの年代が資料により食いちがう点は、未解決の問いとして残る。博物館の公式情報で、展示内容と開館日を確認してから訪れるとよい[9]。

しらべた もとの じょうほう

参考にした情報源

参考にした情報源と、その使い方

出典について:島根県の説明、用語辞典、博物館の情報、米国国立公園局とウィスコンシン大学の教材などを使った。何に使ったかは、それぞれの項目の最後に書いている。

  1. 島根県「岩石の説明」。https://www.pref.shimane.lg.jp/tourism/nature/shizen/shimane/sizennkansatu/wasigamine/gan.html (火成岩・変成岩の温度の目安、火山岩と深成岩について)
  2. U.S. National Park Service, Types of Rocks(英語)。https://www.nps.gov/choh/learn/kidsyouth/activity-1-types-of-rocks.htm (岩の3つのでき方と、岩の循環が「長くゆっくりした旅」であること)
  3. HugKum「堆積岩ってどんな岩石?」。https://hugkum.sho.jp/543288 (礫岩・砂岩・泥岩の粒の大きさについて)
  4. コトバンク「続成作用」(デジタル大辞泉ほか)。https://kotobank.jp/word/続成作用 (圧密・膠結など、堆積物が岩になる過程について)
  5. コトバンク「石灰岩」(デジタル大辞泉ほか)。https://kotobank.jp/word/石灰岩-87173 (生物起源の堆積岩と、石灰岩から大理石への変成について)
  6. コトバンク「変成岩」(デジタル大辞泉・日本大百科全書)。https://kotobank.jp/word/変成岩-135553 (変成作用が固体のまま起こることについて)
  7. SAGE, University of Wisconsin-Madison, Rock Cycle(英語)。https://sage.nelson.wisc.edu/data-and-models/atlas-of-the-biosphere/schematics/rock-cycle/ (岩石の循環について)
  8. 岐阜県観光連盟・飛水峡の記事(たびまが)。https://tabi-mag.jp/gi0156/ (七宗町の礫岩と、約20億年前の礫について)
  9. 全国美術館会議 博物館情報(日本最古の石博物館)。https://www.museum.or.jp/museum/4229 (日本最古の石博物館の展示について)

なおした ところ

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