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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。

ひろった 石の つぶの 大きさや まるさから、なにが わかるの?

拾った石ころの粒の大きさと丸さから、何が読み取れるのか

石ころの粒の大きさ・縞・丸さから、できた過程と運ばれ方をどこまで読めるか

分野:自然

川の 石は、ながれる うちに まるく なる。そう おもって いませんか。でも、川を しらべた けんきゅうでは、ちいさい つぶほど まるさが ひくかったと ほうこくされて います[1]。

石ころは、どうやって できたのでしょう。つぶの 大きさと まるさは、なにを おしえて くれるのでしょう。手の ひらの 石から、できかたと たびの あとが よめる ことが わかります。

川の石は、流れるうちに丸くなる。多くの人がそう思っていますが、群馬・栃木県を流れる渡良瀬川の2つの支流を調べた研究では、細かい粒ほど丸みが低く、下流でも丸さが増え続けない区間があったと報告されています[1]。

では石ころは、どうやってできたのでしょうか。粒の大きさや縞、そして丸さは、何を語るのでしょうか。手のひらの石1個から、できた過程や運ばれ方の手がかりは読めます。ただし、丸さから旅の長さまでは簡単に決められません。

河原の石は下流ほど丸い、という通説に対して、渡良瀬川の2支流(径0.5〜128mmの砂礫)を調べた研究は、細かい粒ほど円磨度が低く、下流では摩耗による丸まりと破砕による角ばった粒の増加が釣り合って平均円磨度がほぼ一定になったと報告した[1]。丸さは、そう単純な物差しではない。

そもそも石ころはどうできるのか。粒の大きさ、縞、丸さはそれぞれ何を語り、何までは語らないのか。3つの成り立ちと、丸まる過程の条件・例外まで踏みこんで読むと、手の中の1個から読める範囲と限界が分かる。

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1. 石を ひろったら、まず なにを 見る?

1. 石を拾ったら、まず「粒が見えるか」を見る

1. 粒が見えるか ── 石ころの成り立ちを3つに分ける最初の手がかり

道ばたで 石を ひろったら、手に のせて、よく 見て みましょう。ざらざらした つぶが 見えますか。それとも、つるんと して つぶが 見えませんか。

石は、できかたで 3つに わけられます。ひとつめは、マグマが ひえて かたまった 石。ふたつめは、すなや どろが つもって かたまった 石。みっつめは、ほかの 石が 強い 力や ねつを うけて かわった 石です[2]。

この 3つは、つぶの すがたが ちがいます。つぎの ところで、まず つぶが 大きい 石から 見て いきましょう。

公園や河原で石ころを拾い、手のひらにのせます。表面をよく見ると、ざらざらと粒が並んでいる石もあれば、粒がよく見えない石もあります。

島根県の資料によると、岩石はできかたで3つのグループに分けられます。マグマが冷えて固まった火成岩、砂や泥や礫が固まった堆積岩、ほかの岩石が強い圧力や熱の影響を受けた変成岩です。よく見かける岩石は、およそ20種類とされています[2]。

この3つは、粒の様子がちがいます。答えの要点を先に言うと、粒の大きさや並びは「どうやってできたか」の手がかりになり、丸さは「できたあとにどう運ばれたか」の手がかりになります。まずは粒が大きい石の代表、御影石から見ていきます。

石ころを拾ったら、まず粒が見えるかどうかを見てみよう。岩石は成り立ちによって、マグマが冷えて固まった火成岩、砂・泥・礫などが固まった堆積岩、ほかの岩石が圧力や熱の影響を受けた変成岩の3グループに分けられ、よく見る岩石は20種類ほどとされる[2]。

この記事の一本線は、「粒の大きさや並びは成り立ちを、丸さは運ばれた旅を語る。ただし、どちらも単純には読めない」である。粒は成り立ちごとに違う姿を見せ、丸さは岩の種類や粒の大きさで変わるからだ。では、粒が大きく見える石はどうやってできるのか。御影石から確かめる。

2. みかげ石の つぶは、どうして 大きいの?

2. 御影石の粒が大きいのは、地下でゆっくり冷えたから

2. 花崗岩の粗い粒 ── 地下でゆっくり冷えるという条件と、例外

石の かべや 石だんに つかわれる、白と 黒の つぶが ならんだ 石を 見た ことは ありませんか。「みかげ石」と よばれる 石です。もとは、ひょうごけんの ろっこうさんの ふもとの みかげと いう ところで とれた かこうがんの 名前でした[3]。

かこうがんには、つぶが 3しゅるい 見えます。すきとおった せきえい、ちょうせき、そして 黒い 黒雲母の つぶです[4]。

つぶが 大きいのは、マグマが 地下の ふかい ところで、ゆっくり ひえて かたまった からだと されて います[5]。ゆっくり ひえる あいだに、つぶが 大きく そだつ からです。ただし、ふかさと 大きさが いつも ぴったり あうとは かぎりません[6]。

御影石の名前の由来

石段や石の壁で、白・黒・灰色の粒がそろった石を見かけることがあります。石材では「御影石」と呼ばれます。もとは兵庫県の六甲山麓、御影地方で産した花崗岩の石材名でしたが、今では閃緑岩や斑れい岩など、粒の粗い深成岩も御影石と呼ばれることがあります[3]。

粒の正体と、大きくなる条件

花崗岩の主成分は石英と長石で、黒雲母を含むのが一般的です。粒が粗く、そろっているのが特徴です[4]。

島根県の資料は、深成岩を、鉱物の粒がおよそ1mmより粗い岩石と説明します。1円玉の厚さ(約1.5mm)より少し小さいくらいの粒が目安です。マグマが地下深くでゆっくり冷えて固まるため、粒が育つ時間があるのです[5]。逆に、地表近くで急に冷えた火山岩は、粒が細かくなります[6]。

ただし、粒の粗さと生成の深さが対応しない例もあると、辞典に記されています[6]。粒が大きければ必ず深いところ、とは言い切れません。

石段などに使われる「御影石」は、もとは兵庫県六甲山麓の御影地方で産した花崗岩の石材名であった。現在は閃緑岩や斑れい岩など粗粒の深成岩にも通称として使われる[3]。つまり、石材名の「御影石」は岩石学上の花崗岩と同じとは限らない。

花崗岩は深成岩の一つで、主成分は石英とカリ長石・斜長石、黒雲母を含むのが一般的であり、粗粒で粒がそろう[4]。島根県の資料は、深成岩を、鉱物粒子がおよそ1mmより粗く、マグマが地下深くでゆっくり冷えて固まった岩石と説明する[5]。冷える時間が長いほど結晶が育つため、粗い粒は「ゆっくり冷えた」という条件の痕跡と読める。逆に、地表付近で急冷した火山岩は細粒緻密になる[6]。

ただし、読みには限界がある。辞典によれば、同じ岩体に細粒と粗粒が混在することがあり、組織の粗さと生成の深さは必ずしも対応しない[6]。また1mmは深成岩の目安であって、花崗岩の粒がすべて1mm以上とは言えない[5]。粒の粗さは、冷却速度を読む手がかりにはなるが、深さの物差しとしては弱い。

火成岩の粒がマグマの冷え方を語るなら、砂や泥が固まった岩は、粒で何を語るのか。次に、河原でよく見る砂岩や礫岩を見る。

3. すなが かたまって 石に なる って ほんとう?

3. 砂や泥が固まった石は、粒の大きさで名前が変わる

3. 堆積岩の粒の等級 ── 礫岩・砂岩・泥岩と、固まるための2つの作用

ほんとうです。すなや どろが、うみや 川の そこに つもり、おもみで ぎゅっと おされて、かたまった 石も あります[7]。

この 石は、つぶの 大きさで 名前が かわります。2ミリより 大きな つぶが 多い 石は「れきがん」、それより 小さい つぶは「さがん」、もっと 小さい つぶは「でいがん」です[7]。

つぶの あいだが うまって いく ことも、かたまる ために 大切です[8]。さわっても すなが ぼろぼろ 手に つかない 石が あるのは、その ためです。

粒の大きさによる3つの名前

堆積岩は、粒の大きさで分けられます。直径2mm以上の粒でできていれば礫岩、2mmから16分の1mmまでなら砂岩、それより細かければ泥岩です[7]。16分の1mmは、小数にすると約0.06mmです。

河原で拾った石に、小石がびっしり埋まったものがあれば、礫岩かもしれません。粒が砂のようにそろっていれば、砂岩の可能性があります。

バラバラの粒が石になる

積もった堆積物が固まって堆積岩になる過程を、続成作用といいます。上からの重みで粒の間の隙間が減る圧密と、粒どうしを結びつけたり隙間を埋めたりする膠結があります[8]。ゆるい砂が、時間をかけて1つの石になるわけです。

河原で割れ目の入った石を見かけたとき、粒が砂のようにそろっていれば砂岩を疑う。堆積岩は粒径で礫岩(2mm以上)、砂岩(2〜1/16mm)、泥岩(1/16mm以下)に分けられ、1/16mmは約0.06mmである[7]。礫と砂の境が2mmであることは、地質学で礫を直径2mm以上の岩片と定めることとも一致する[10]。

では、ばらばらの粒はどう1個の石になるのか。堆積物が固結して堆積岩になる作用を続成作用といい、上に積もる重みで粒間の隙間が減る圧密作用と、粒どうしを結びつけたり隙間を埋めたりする膠結作用がある[8]。粒の大きさは水の勢いなどを考える手がかりになるが、それだけで堆積した環境を決めることはできない。

火成岩・堆積岩のほかに、熱や圧力で姿を変えた石もある。白い粗い粒をもつ大理石は、その例とされる。

4. 白くて ぴかぴかの 石は、なにが かわった もの?

4. 白く粗い粒の大理石は、石灰岩が熱を受けて変わったもの

4. 変成岩の例 ── 石灰岩が大理石になる条件と、石材名のずれ

ほかの 石が、ねつや 強い 力を うけて、べつの すがたに かわる ことが あります。これが、みっつめの「へんせいがん」です[9]。

たとえば せっかいがんが、マグマの ねつを うけると、ほうかいせきの つぶで できた、まっ白で つぶの 大きい 石に かわる ことが あります[9]。これが 大理石の なかまです。

ただし、お店で 売られる 大理石には、かわって いない せっかいがんも ふくまれる ことが あります[9]。

変成岩は、堆積岩や火成岩が変成作用を受けてできた岩石です[9]。身近な例が大理石です。石灰岩がマグマの熱を受ける接触変成作用で、ほとんど方解石だけからなる純白で粗粒の岩石に変わることがあります[9]。

ここで注意したいのは名前です。石材名の「大理石」には、変成していない石灰岩も含まれることがあります[9]。建物の床の白い石を見ても、変成岩だと決めつけないほうが安全です。

ここまでで、「粒の大きさや並びは、できかたの手がかりになる」ことが見えてきました。次は、拾った石ころがたいてい丸いのはなぜか、という問いです。

変成岩は、堆積岩や火成岩が変成作用を受けてできた岩石である。石灰岩が接触変成作用を受けると、ほとんど方解石だけからなる純白で粗粒の岩石(晶質石灰岩)になり、これが大理石として知られる[9]。粒が再び粗くなる点は、火成岩の粗粒とは理由が異なる。ここでは熱で結晶が成長し直した結果であって、地下で冷えた結果ではない。

注意すべきは石材名とのずれである。石材の「大理石」には変成していない石灰岩も含まれることがあるため、床の白い石を見て変成岩と決めることはできない[9]。御影石が花崗岩と一致しない例(第2章)と同じ構図で、名前から岩石を決める読み方には限界がある。

ここまでは石の「できかた」である。では、河原の石はなぜたいてい丸いのか。できたあとの旅に目を移す。

5. 川の 石は、どうして まるいの?

5. 河原の石が丸いのは、運ばれる途中で角が削れるから

5. 風化と円磨 ── 丸さは「できたあと」の履歴を語る

山の 岩は、お日さまや 雨や 風に あたって、すこしずつ こわれます。これを 風化と いいます[11]。

こわれて 小さく なった 石は、川の 水で ながされて いきます。ながされる とちゅうで、ほかの 石や 川の そこに ぶつかって、かどが とれて まるく なります。川や なみで まるく みがかれた 石を、「えんれき」と いいます[10]。

だから まるい 石は、「できた ところ」では なく、「はこばれて きた とちゅう」の すがたと いえます。

山の岩は、日射・空気・水・生物などの作用で、しだいに壊れ、変質していきます。これを風化といいます[11]。

壊れて小さくなった岩片は、川や波の力で運ばれます。その途中で、ほかの石や川底にぶつかり、角が削られていきます。地質学では、河流や海岸の波、沿岸流などで丸く磨かれた礫を、円礫と呼びます[10]。

そのため、丸い石は「できた場所」ではなく、「運ばれる旅の途中の姿」を表しているといえます。粒の大きさが石の生い立ちを、丸さは、運ばれた履歴を考える手がかりになる、というのが、石ころの基本的な読み方です。ただし、丸さが旅の長さをそのまま示すとは限りません。

地表の岩石は、日射・空気・水・生物などの作用でしだいに破壊され、変質する。この風化で生じた岩片が、河川や波で運ばれる[11]。運搬中に衝突や摩耗を受けて角がとれた礫は円磨された礫、すなわち円礫と呼ばれ、地質学で礫は直径2mm以上の岩片を指す[10]。

このため、礫の丸さは「できた場所」ではなく「できたあとの運搬の履歴」を反映する。火成岩・堆積岩・変成岩の区別が成り立ちの問いなら、円磨の程度は旅の問いである。

しかし、「運ばれるほど丸くなる」を単純に当てはめられるのか。それを試した研究がある。

6. まるく ない 石が まざる のは、なぜ?

6. 下流でも角ばった石が混ざるのは、割れるからでもある

6. 円磨度の「飽和」 ── 渡良瀬川2支流の研究が示した例外

ぐんまけんと とちぎけんの 川に 入る、わたらせがわの 2本の 川を しらべた けんきゅうが あります[1]。

そこでは、小さい つぶほど まるさが ひくく なって いました。大きい 石が われたり すりへったり して、かどの ある 小さな かけらが ふえたと、かんがえられて います[1]。

また、下の ほうへ いくと、すりへって まるく なる 力と、われて かどが でる 力が つりあって、まるさが あまり かわらなく なりました[1]。

ただし、これは この 2本の 川の けんきゅうです。ほかの 川でも ぜんぶ おなじとは いえません。

細かい粒ほど丸くない

群馬・栃木県を流れる渡良瀬川の、2つの支流を調べた研究があります。調べたのは、直径0.5〜128mmの砂や礫です。結果は、細かい粒ほど丸みの度合い(円磨度)が低い、というものでした[1]。

研究者は、粗い粒が割れたり削れたりしてできた角ばった粒が、細かい粒の側に加わったためと解釈しています[1]。

丸くなる力と、割れる力のつり合い

下流では、摩耗によって丸さが上がる効果と、破砕によって角ばった粒が増える効果が釣り合い、平均の円磨度がほぼ一定になる「飽和」が見られました[1]。

これは2つの支流での結果です。岩の種類や粒の大きさで変わるので、「下流ほど必ず丸い」とも「必ず丸くならない」とも言えません。

円磨は運搬距離とともに単調に進む、と考えたくなるが、研究はそう単純でないことを示した。宇津川・白井(2019)は、渡良瀬川の2支流で、径0.5〜128mmの砂礫の円磨度を調べた[1]。

結果は2点ある。第一に、細かい粒ほど円磨度が低かった。これは、粗い粒が割れたり摩耗したりして生じた角ばった粒が細粒側に加わったためと解釈された。第二に、下流では、摩耗による平均円磨度の上昇と、破砕による角ばった粒の増加に起因する低下が均衡し、平均円磨度がほぼ一定になる飽和が見られた[1]。

この研究が示すのは、丸さが上がる過程と下がる過程が同時に進むことである。したがって、「丸い石は遠くから来た」「角ばった石は近い」という読み方は、この2支流の範囲でも単純には成り立たない。もちろん2つの支流の結果であり、岩種や粒径で変わるため、一般則として扱うべきではない。丸くなる速さや距離の数値も、ここでは示せない。

結局、石ころ1個から読めるのは、粒から成り立ちの手がかり、丸さから運ばれた履歴の手がかりであって、確定ではない。その限界を知ったうえで、実際に見てみる方法を考える。

7. ひろった 石の 「生いたち」を、よんで みよう

7. 石ころ1個の「粒・縞・角」を見て、仮説を立ててみる

7. 手の中の1個から仮説を立てる ── 観察の手順と、読みすぎない目

つぎの 3つを 見て、石の 生いたちを そうぞう して みましょう。

ひとつめは、つぶが 見えるか。見えるなら、白や 黒の つぶが そろって いるか。ふたつめは、しまが あるか。みっつめは、かどが あるか まるいか。

かんさつは、公園や、大人と いっしょに 行く 川原で します。川では、水に 入らず、水の ふえた 日は ちかづきません。石を ほかの 石に うちつけて わるのは やめましょう。かけらが 目に 入ると あぶないからです。

石を ひろう ときは、とって よい 場所かどうかも たしかめて ください。本当の 答えは、くわしい 人でも むずかしい ことが あります。「たぶん こうかな」と かんがえる たのしさを あじわって ください。

石を1個拾って、次の3つを見てみましょう。①粒が見えるか。見えるなら、定規で大きさを測り、1mmより粗いかどうかを確かめます。②縞が見えるか。③角が立っているか、丸いか。

粒が粗くそろっていても、深成岩かどうかは決められません。1mmは深成岩の目安の一つです。砂粒が固まった様子なら砂岩、小石が埋まっているなら礫岩の可能性があります。丸ければ運ばれた旅の手がかりになりますが、第6章のとおり、細かい粒ほど角ばるなど例外もあるので、決めつけないことが大切です。

観察は、公園や、大人と一緒に行く河原でします。水の中には入らず、増水のおそれがある日は近づきません。石を打ちつけて割ると、破片が目に入るおそれがあるのでやめましょう。持ち帰ってよい場所かどうかも、確かめてからにします。

もっと知りたくなったら、島根県の「岩石のでき方」のページ[2]が日本語で読めます。渡良瀬川の研究は、J-STAGEの要旨[1]で日本語の要旨が読めます。

拾った石の観察は、3つの問いで足りる。粒は見えるか、見えるなら定規で測って1mmより粗いか(深成岩の目安[5])、礫(2mm以上)・砂(2〜1/16mm)のどれに近い粒が固まっているか[7]、そして角は立っているか。粒の様子は成り立ちの、角の様子は運搬履歴の手がかりになる。

ただし第2章の通り、粒の粗さと深さは必ずしも対応せず、第4・5・6章の通り、石材名や丸さからも岩石を決められない。読みの根拠と限界を同時に持つのが、この観察の面白さである。「この石はたぶん、〜だったのでは」と仮説を立て、写真や地質図で確かめることもできる。

安全面では、大人と一緒に、水に入らず、増水の恐れがある日は近づかない。石を割らない。採取してよい場所かも確認する。

原典は、島根県「岩石のでき方」と「花崗岩」のページ[2][5]、粒の等級・続成作用・大理石などは辞典[7][8][9]、円磨の例外は『堆積学研究』78巻1号の論文(宇津川・白井)の要旨[1]で確認できる。どれも日本語で読めるので、気になる語を辞典で引き直すところから読み始められる。

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:公的機関(島根県)の解説、辞典の項目、学会誌の論文の要旨を使った。何に使ったかは、それぞれの項目に書いている。

  1. 宇津川・白井「渡良瀬川の2支流の砂礫の研究」『堆積学研究』78巻1号(2019年)要旨。https://www.jstage.jst.go.jp/article/jssj/78/1/78_15/_article/-char/ja/ (細粒ほど円磨度が低いこと、下流での飽和について)
  2. 島根県「岩石のでき方」(鷲ヶ峰の自然観察)。https://www.pref.shimane.lg.jp/infra/nature/shizen/shimane/sizennkansatu/wasigamine/gan1.html (岩石の3つの分け方について)
  3. コトバンク「御影石」。https://kotobank.jp/word/御影石 (御影石の名前の由来について。辞典の項目)
  4. コトバンク「花崗岩」。https://kotobank.jp/word/花崗岩 (花崗岩の主な鉱物について。辞典の項目)
  5. 島根県「花崗岩」(鷲ヶ峰の自然観察)。https://www.pref.shimane.lg.jp/infra/nature/shizen/shimane/sizennkansatu/wasigamine/gan.html (深成岩の粒の大きさの目安について)
  6. コトバンク「深成岩」。https://kotobank.jp/word/深成岩 (冷える速さと粒の大きさ、その例外について。辞典の項目)
  7. コトバンク「堆積岩」。https://kotobank.jp/word/堆積岩 (粒の大きさによる分け方について。辞典の項目)
  8. コトバンク「続成作用」。https://kotobank.jp/word/続成作用 (圧密と膠結について。辞典の項目)
  9. コトバンク「変成岩」。https://kotobank.jp/word/変成岩 (変成岩と大理石について。辞典の項目)
  10. コトバンク「礫」。https://kotobank.jp/word/礫 (礫の定義と円礫について。辞典の項目)
  11. コトバンク「風化」。https://kotobank.jp/word/風化 (風化の意味について。辞典の項目)

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