【中学受験理科】地層と岩石 化石を図解で総まとめ—堆積の順 火成岩 堆積岩 地層の読み取り｜武蔵野個別指導塾

地層の重なり、堆積岩と火成岩、化石が示す時代や環境を整理します。柱状図の深さを標高に直す例題と3枚の図で、地層の傾きを根拠から判断する力を育てます。

よくあるのは、冬期講習の初日の教室で、2地点の地層の図を見たお子さまが「右の地点のほうが深くにあるから、この層は右下がりです」と答え、地表の高さを尋ねられると手が止まるという場面です。地層の問題では、見た目の上下と、同じ基準から測った高さが一致するとは限りません。岩石や化石の名前を覚えていても、比べる位置がそろっていないと結論が逆になります。

この単元は、地面の下を透かして見るための手がかりを集める学習です。粒の大きさは運ばれ方を、結晶の様子は冷え方を、化石は過去の時代や環境を考える材料になります。その材料を地層の重なりと結びつけると、目の前にはない過去の出来事を順序立てて説明できます。

まずは「何からできたか」「どの順にできたか」「何の高さを比べたか」を分けて考えましょう。言葉の暗記を出発点にしながら、図のどこを根拠にしたのかまで言えることを目指します。

この単元で身につけること

• 地層のでき方を、水のはたらきと結びつけます。しん食・運ぱん・堆積によって粒が移動し、積み重なるまでを説明します。
• 地層の新旧を、重なり方から読み取ります。上下が逆転していない地層では下が古いことを基本に、地層を切る断層などにも注目します。
• 堆積岩と火成岩を、でき方で区別します。岩石の色だけで決めず、材料・粒の大きさ・結晶の様子を組み合わせます。
• 化石から言えることを選びます。年代の手がかりとなる示準化石と、環境の手がかりとなる示相化石を使い分けます。
• 離れた地点の地層を、共通の基準で比べます。同じ火山灰層などを見つけ、深さを標高に直してから傾きを判断します。

これまでに学ぶ流れる水のはたらきが、「運ばれた土砂は、その後どこへ行くのか」という問いを通して地層の学習につながります。表を読むときも、数字をすぐ引き算する前に、その数字が深さなのか標高なのかを確かめます。このひと手間が、知識問題と計算問題をつなぎます。

基本の考え方

地層は、積もった材料と出来事の記録です

地層とは、れき・砂・泥や火山灰などが層状に積み重なったものです。れきは粒の直径が2 mm以上、砂は2 mm未満で、およそ0.06 mm以上、泥はそれより細かい粒として区別します。境目の数値が問題文に示されている場合は、その定義を使います。「れきは大きい粒、泥は細かい粒」という関係を押さえると、図に粒の絵だけがある場合も読み取りやすくなります。

川は地面をけずり、できた土砂を運びます。流れが弱くなると土砂がたまります。このように物が積もることを堆積といいます。同じような条件で水に運ばれる土砂なら、大きな粒ほど沈みやすく、細かい泥は遠くまで運ばれやすくなります。そのため、河口から沖へ向かって、れき・砂・泥の順にたまりやすい場所が変わります。ただし、実際のたまり方は流れの速さや水深にも左右されます。「海ならどこでも必ず同じ並び」と決めないことが大切です。

図1は、同じ場所で、泥、砂、火山灰、れきの順に積もった場合の断面です。粒の絵や色は材料を見分けるための印で、粒の実際の大きさを表してはいません。火山灰は水が運んだ土砂とは別に、噴火によって広い範囲に降り積もることがあります。

図1のように、後から積もったものは先に積もったものの上をおおいます。したがって、上下が逆転していない一続きの地層では、下ほど古く、上ほど新しいと判断できます。ここで比べているのは、その場所で積もった順序です。粒が大きいほど古い、色が濃いほど新しい、という決まりはありません。

地層は、できた後に動くこともあります。大きな力を受けて曲がることをしゅう曲、割れ目に沿って両側がずれることを断層といいます。傾いた地層でも、上下が逆転していなければ、重なりの下側が古いという関係は保たれます。一方、激しく曲がって上下が逆転している場合には、この規則を見た目だけで使えません。問題文の条件や地層の連続を確認します。

また、古い地層が地表に出てけずられ、その上に新しい地層が積もると、堆積の記録に途切れができます。このような関係を不整合といい、その境界を不整合面といいます。境界の上下が平行に見える場合もあるため、「斜めの層に水平な層がのった図だけ」と覚えないようにします。重要なのは、その間に堆積が止まったり、しん食されたりした時期があることです。

岩石は、でき方から名前を整理します

堆積した粒などが押し固められ、粒の間が結びつくと堆積岩になります。すべての地層がすぐに硬い岩石になるわけではありません。地層という積み重なりの見方と、岩石という物の見方は区別しておきます。

れき岩・砂岩・泥岩は、主に粒の大きさで区別します。これに対し、凝灰岩は火山灰などを材料とする点に注目します。火山に関係するから火成岩、とひとまとめにはできません。火山灰がいったん積もって固まったというでき方から、凝灰岩は堆積岩に分類します。

石灰岩とチャートは、ともに生物に由来する材料からできる場合がありますが、性質は違います。学校や塾の実験でうすい塩酸を加えると、石灰岩は二酸化炭素を発生します。チャートには同じ反応は見られません。表面の色だけでは区別しにくい場合に、こうした性質が手がかりになります。家庭では薬品を使わず、資料に示された実験結果を読み取る練習にしましょう。

火成岩は、マグマが冷えて固まってできた岩石です。地表や地表近くで比較的急に冷えてできるものを火山岩、地下深くでゆっくり冷えてできるものを深成岩といいます。マグマが地表に出たものは溶岩と呼びます。「マグマ」「溶岩」はできた場所に関わる言葉であり、固まった後の岩石名とは別です。

火山岩には流紋岩・安山岩・玄武岩、深成岩には花こう岩・せん緑岩・はんれい岩があります。対応させるなら、流紋岩と花こう岩、安山岩とせん緑岩、玄武岩とはんれい岩の組です。同じ組は含まれる鉱物の割合などが似ています。一般に、この順で白っぽいものから黒っぽいものへ変わりますが、色だけを唯一の判定材料にはしません。

マグマのねばりけも火山の形や噴火の様子に関係します。ねばりけが小さい溶岩は流れ広がりやすく、傾斜の緩やかな火山をつくりやすくなります。ねばりけが大きいと流れ広がりにくく、盛り上がった形になりやすくなります。ただし、火山の形は溶岩や火山灰などの積み重なりにもよります。岩石の分類問題では、まず冷えた場所と結晶の様子に戻ります。

化石は、時代と環境を区別して読みます

化石は、過去の生物の体の一部や、足跡・巣穴などの生活の跡が地層中に残ったものです。骨や貝がらだけを化石と思うと、足跡の問題で迷います。体そのものが残っていなくても、生物がいた証拠となる跡は化石に含まれます。

地層のできた時代を知るのに役立つ化石を示準化石といいます。比較的短い期間に生き、広い範囲に分布した生物の化石が適しています。生きた期間が長すぎると時代を絞りにくく、狭い場所にしかいないと遠くの地層との比較に使いにくいためです。代表例として、古生代の三葉虫・フズリナ、中生代のアンモナイト、新生代のビカリアを整理します。

「アンモナイトを含むから中生代」と答えるのは、中学受験で用いる代表的な対応です。これだけで何年前かを1つの数値に決めたり、同じ時代のすべての地層が全く同時にできたと判断したりはできません。地質年代は古生代、中生代、新生代の順に新しくなり、さらに細かな時期に分けられます。

一方、地層のできた当時の環境を知るのに役立つ化石を示相化石といいます。生育する環境が限られる生物が手がかりになります。造礁サンゴは暖かく浅い海、アサリは浅い海、シジミは河口付近の汽水域など、ブナは温帯の比較的冷涼な陸上の環境を考える代表例です。汽水とは、海水と淡水が混ざった水です。

化石は運ばれて別の場所にたまることもあるため、環境を考える問題では「その場で生活していた状態で見つかった」などの条件も読みます。示準と示相は、どの問いに使うかという役割の区別です。同じ化石から時代と環境の両方について手がかりを得られる場合もあります。

例題で解き方を確かめる

例題1　材料と冷え方から岩石を選ぶ

Aは火山灰が積もって固まった岩石、Bはマグマが地下深くでゆっくり冷えて固まった岩石です。Aの岩石名と分類を答え、Bに当てはまる岩石を、玄武岩・砂岩・花こう岩から選びましょう。

1. Aの「積もって固まった」に線を引きます。火山という言葉より、固まるまでの過程が分類の根拠になるからです。
2. 火山灰などが材料の堆積岩を、凝灰岩と判断します。砂が材料なら砂岩というように、材料と名前を対応させます。
3. Bの冷えた場所から深成岩を選びます。玄武岩は火山岩、砂岩は堆積岩なので、地下深くでゆっくり冷えたという条件に合うのは花こう岩です。

AとBは、どちらも火山やマグマに関係しますが、分類は異なります。選択肢を消すときも「違う気がする」で終わらず、別の分類名を添えると確かめやすくなります。

答え：Aは凝灰岩で堆積岩、Bは花こう岩です。

例題2　化石から言えることを分ける

地層Pからアンモナイト、地層Qから、その場で生息していた造礁サンゴの化石が見つかりました。Pのできた代表的な地質年代と、Qが堆積した環境を答えましょう。また、この情報だけでPとQのどちらが古いか決められるでしょうか。

1. 問いを「時代」と「環境」に分けます。化石の名前を見てすぐに答えず、何を尋ねられているかを先に確かめるためです。
2. アンモナイトから、Pは中生代と判断します。ここでは代表的な示準化石として使っています。
3. 造礁サンゴから、Qは暖かく浅い海だったと考えます。その場で生息していたという条件が、堆積した場所の環境を考える根拠になります。
4. Qの年代は与えられていないと確かめます。暖かく浅い海はさまざまな時代にあるので、この環境だけではPとの新旧を決められません。

「海の化石だから古い」という判断もできません。現在も海はあり、新しい時代にも海の地層はつくられます。記述では、得られた情報と、まだ決められないことを分けて示します。

答え：Pは中生代、Qは暖かく浅い海で、PとQの新旧はこの情報だけでは決まりません。

例題3　深さを標高に直して地層の傾きを求める

西から東へ一直線に並ぶA・B・Cの3地点を考えます。AとB、BとCの水平距離はそれぞれ100 mです。3地点で同じ噴火による火山灰層が確認され、その上面までの深さが表のようにわかっています。地層は平面状に一定の割合で傾き、途中に断層はありません。Cの地表の標高は70 mです。火山灰層の上面は東西どちらへ低くなり、Cでは地表から何 m下にあるでしょうか。

図2は、AからCまでを真横から見た断面です。横方向と縦方向は同じ縮尺で描き、地層の上面を赤い直線で表しています。地表の線と層の上面の線を分け、各地点の深さを読み取れるように描いています。

1. Aの火山灰層の上面の標高を求めます。地表から下へ20 mなので、60 − 20 ＝ 40 mです。深さの出発点を標高0 mにそろえるための計算です。
2. Bも同じ基準に直します。80 − 30 ＝ 50 mです。Bのほうが地表からは深いのに、層の上面の標高はAより10 m高いとわかります。
3. 水平距離100 mで、東へ10 m高くなると整理します。一定の割合という条件があるので、Bからさらに東へ100 m進むと上面の延長は60 mになります。
4. Cの地表と比較します。地表は70 m、上面は60 mなので、深さは70 − 60 ＝ 10 mです。上面の標高を求めた後で、地表から測った深さに戻します。

図2のように、地表の線と地層の上面の線は、同じ向きに傾くとは限りません。AからBでは地表も上面も東へ高くなりますが、BからCでは地表は低くなる一方、上面は高くなっています。地表の形だけから地下の層の傾きを決めないようにしましょう。

また、AとBの2地点からわかるのは、東西方向に沿った高さの変化です。南北方向にも傾いているかどうかは、この表だけでは決まりません。東西南北のどちらに最も低くなるかを問われる問題では、同じ直線上にない別の地点の資料も必要になります。

答え：上面は西へ低くなり、Cでは地表から10 m下にあります。

例題4　地層と断層のできた順を説明する

下からP層、Q層、R層が重なり、1本の断層がP層とQ層をずらしています。R層はその断層をおおい、ずれていません。上下の逆転や断層の再活動はなく、断層はR層が積もる前の地表まで達したものとします。P層の堆積、Q層の堆積、断層の活動、R層の堆積を古い順に並べ、理由を説明しましょう。

1. まず地層だけを並べます。上下の逆転がないので、下からP、Q、Rの順に堆積しました。
2. 断層に切られた地層を確かめます。PとQがずれているので、断層の活動は両方の堆積より後です。まだ存在しない地層をずらすことはできないからです。
3. Rと断層の関係を確かめます。活動時の地表まで達した断層をRがおおっているため、Rはその活動より後に堆積したと判断します。

「Rがずれていない」だけを切り離して覚えると、地下だけで止まる断層の図にも同じ判断をしてしまいます。この問題では、地表まで達した断層をRがおおう条件を含めて順序を決めています。

答え：P層の堆積→Q層の堆積→断層の活動→R層の堆積で、断層はP・Qを切り、その後Rにおおわれたためです。

つまずきやすいところと直し方

誤り1　深い場所にある層ほど標高も低いと考える

誤った書き方：「Aでは20 m下、Bでは30 m下だから、地層はBへ向かって低くなる。」→どこが違うか：深さはそれぞれの地表を出発点にしており、AとBの地表の高さが違えば、そのまま比べられません。→正しい書き方：「地層の標高を、地表の標高−深さで求めてから比べる。」

図2に戻ると、Bの地表がAより20 m高い一方で、深さの差は10 mです。差し引きすると、層の上面はBのほうが10 m高くなります。お子さまが引き算の向きに迷う場合は、地表の位置を指で押さえ、そこから下へ移動する様子を図に書き込みましょう。

離れた地点の地層を結ぶ前には、同じ層かどうかの確認も必要です。同じ砂岩でも、別々の時期に堆積した可能性があります。特徴のよく似た火山灰層や化石、上下の地層の組み合わせが手がかりになります。とくに火山灰層は、同じ噴火によるものと確かめられれば、広い範囲で時期をそろえる目印になります。

地下を掘って調べた地層の重なりを、柱のような形に表した図を柱状図といいます。柱状図を横に並べるときは、図の上端が同じ標高なのか、それぞれの地表なのかを見ます。同じ火山灰層を比べる場合も、一方では上面、もう一方では下面を使うと、層の厚さの分だけずれてしまいます。比べる層だけでなく、その層のどの面かまでそろえましょう。

誤り2　火山岩は結晶がなく、深成岩だけに結晶があると書く

誤った書き方：「火山岩は急に冷えるので結晶がない。」→どこが違うか：火山岩には、大きめの結晶と、その間を埋める細かい部分が見られるものがあります。→正しい書き方：「火山岩は、斑晶と石基からなる斑状組織を示すものが多い。」

斑晶は、先に地下でゆっくり育った比較的大きな結晶です。石基はその間を埋める部分で、細かな結晶やガラス質の部分からなります。地下で育つ時間があった後、地表付近で残りが急に冷えると、大きさの違いが生まれます。火山岩のすべてが同じ見た目になるわけではありませんが、入試で扱う典型的な図ではこの違いを読み取ります。

図3の左は斑晶が細かい石基に囲まれた様子、右は比較的大きな結晶が組み合わさった様子です。色は見分けるためのもので、実際の鉱物の色を指定していません。右のような深成岩の典型的なつくりを等粒状組織といいます。「等粒」は、すべての結晶の大きさや形が完全に等しいという意味ではありません。石基に大きな結晶が点在する左との違いに注目します。

誤り3　化石があると、時代も環境も1つに決まると考える

誤った書き方：「造礁サンゴがあるので、その地層は中生代である。」→どこが違うか：造礁サンゴから読み取る代表的な情報は、暖かく浅い海という環境です。→正しい書き方：「造礁サンゴがその場で生息していたなら、当時は暖かく浅い海だったと考えられる。」

解答欄に「何代」とあれば年代、「どのような場所」とあれば環境を答える準備をします。古い時代ほど深い海だったという対応もありません。地層の上下は順序、化石の種類は年代や環境、地層の厚さは積もった量に関わる情報として、別々に整理しましょう。厚い地層ほど必ず長い時間がかかったとも限りません。堆積する速さが違えば、短期間で厚く積もる場合もあります。

ここで手が止まるなら、止まった単元まで一緒に戻ります。学年別個別指導コース／お問い合わせ

練習問題

練習1

主に砂の粒が固まった岩石と、主に泥の粒が固まった岩石の名前を答えましょう。また、凝灰岩を火成岩に分類できない理由を、でき方に触れて説明しましょう。

練習2

地層Xからフズリナ、地層Yからアンモナイト、地層Zからビカリアが見つかりました。化石はそれぞれの地層が堆積した時代のものとします。代表的な地質年代をそれぞれ答え、地層を古い順に並べましょう。

練習3

西から東へD・E・Fが並び、隣り合う地点の水平距離は100 mです。Dの地表の標高は90 mで、ある火山灰層の上面までの深さは25 mです。Eの地表の標高は100 mで、同じ上面までの深さは45 mです。Fの地表の標高は80 mです。地層は一定の割合で傾き、断層はありません。上面はどちらへ低くなり、Fでは地表から何 m下にあるでしょうか。

練習4

ある地点で、下から砂岩層、泥岩層、凝灰岩層が重なっています。上下の逆転はありません。最も古い層を答えましょう。また、泥岩層の中に生物の巣穴の跡が見つかりました。これは化石に含まれるでしょうか。理由も添えましょう。

答えと解説

練習1の答え：砂岩、泥岩です。凝灰岩は、火山灰などが積もって固まった堆積岩だからです。火成岩を選ぶには、マグマが冷えて固まったというでき方が必要です。「火山から出た」という共通点だけでまとめないようにします。

練習2の答え：Xは古生代、Yは中生代、Zは新生代で、古い順はX→Y→Zです。フズリナ・アンモナイト・ビカリアの対応を年代の順序につなげます。ここでは化石が後から運び込まれたものではないという条件で判断しています。

練習3の答え：東へ低くなり、Fでは35 m下です。Dの上面の標高は90 − 25 ＝ 65 m、Eは100 − 45 ＝ 55 mなので、東へ100 m進むごとに10 m低くなります。Fの上面は45 mとなり、80 − 45 ＝ 35 mです。最後の引き算は、地表と上面の高さの差を深さに戻しています。

練習4の答え：最も古いのは砂岩層で、巣穴の跡も化石に含まれます。上下の逆転がないので最下部の層が古く、巣穴は生物の生活の跡だからです。砂岩という名前だけでは古さは決まらず、重なりの条件が根拠になります。

次の単元へのつながりと家庭での確かめ方

地層の傾きや断層は、地震によって大地が動く学習へつながります。また、火成岩の結晶を冷え方と結びつける見方は、目に見える特徴から物のでき方を考える練習になります。理科の図は、形を覚えるだけでなく、そこに残る過程を読むものです。

家庭での1つ目の確かめ方は、5分でできる紙の重ね合わせです。3枚の紙に泥・砂・火山灰と書いて下から重ね、最後に置いた紙と最初に置いた紙を尋ねます。そのまま全体を少し傾け、積もった順序が変わったかを確かめましょう。机に対する高さと、重なりの順序の違いを言葉にできます。

2つ目は、5分で表の見出しを付ける練習です。「地表80 m、深さ30 m」と紙に書き、お子さまに地表の標高、上面までの深さ、上面の標高の3欄を作ってもらいます。上面50 mを求めた後、地表だけを90 mに変えるとどうなるか考えます。深さ30 mのままなら上面は60 mです。地表が変われば同じ深さでも標高が変わることを確かめられます。

個別指導では、岩石名が出ないのか、分類の根拠が混ざっているのか、図の基準が読めていないのかを分けて確かめます。標高の引き算で止まる場合は、数字を増やす前に、地表から下へ進む1本の線を描くところまで戻ります。

まとめ

地面の断面には、材料が運ばれたこと、積もったこと、冷えたこと、動いたことの証拠が残ります。名前を答えられても、その証拠を指せなければ、条件の変わった図で迷いが生まれます。「この粒だから」「この化石だから」「同じ標高の基準で比べたから」と、判断の理由を短く添えてみましょう。

傾いた地層の図も、読み始める位置をそろえれば、過去の出来事を考える材料になります。地層の答えを決めるのは、図の見た目の深さではなく、そろえた基準と残された証拠です。