【地学基礎】火成岩を図解で総まとめ—火山岩と深成岩の組織と分類表｜武蔵野個別指導塾

粒のそろい方で火山岩か深成岩かを見分け、色指数と SiO₂ の量で苦鉄質から珪長質へ並べます。分類表の図と色指数の計算問題を解けば、6 つの岩石の名前を理由つきで言えるはずです。

よくあるのは、8 月の終わりに夏休みの課題の山を崩していくと、いちばん下から地学基礎のプリントが出てきて、火成岩の分類表の 6 つの空欄だけが白いまま残っている場面です。玄武岩、安山岩、流紋岩、斑れい岩、閃緑岩、花こう岩。名前は教科書で見た覚えがあるのに、どれをどの枠に入れるのかが決まらず、安山岩と閃緑岩を入れ替えては消しゴムをかけるうちに、紙が毛羽立ってきます。ここで止まるのは、記憶力のせいではありません。6 つの名前が、ばらばらの単語に見えているだけです。この単元を学ぶと、粒のそろい方から冷え方を、色の濃さと SiO₂ の量からマグマの中身を読み取り、分類表を何も見ずに自分で組み立てられるようになります。岩石の写真を前にして、名前を理由つきで言えるようにもなります。

この単元で押さえること

• 火山岩と深成岩：マグマが地表や地表近くで急に冷えると火山岩に、地下深くでゆっくり冷えると深成岩になります。
• 組織：火山岩は斑晶と石基からなる斑状組織、深成岩は大きな結晶が組み合わさった等粒状組織をもちます。
• SiO₂ の量：質量の割合が増える順に、苦鉄質、中間質、珪長質（ケイ長質とも書きます）と呼び分けます。
• 色指数：岩石の中で有色鉱物が占める体積の割合を % で表した値で、苦鉄質ほど大きくなります。
• 分類表：縦に組織、横に SiO₂ の量をとると、玄武岩から花こう岩までの 6 つが 1 枚に収まります。
• SiO₂ と石英の区別：SiO₂ の量は岩石全体の成分を表す値で、鉱物である石英の量とは別のものです。

ひとつ前の火山とマグマの単元で学ぶ粘性と SiO₂ の関係がここでの土台になり、ここに出てくる有色鉱物と無色鉱物は、次の造岩鉱物の単元でくわしく扱います。

基本の考え方

冷える時間が粒の大きさを決める

火成岩は、マグマが冷えて固まった岩石です。高温の液体であるマグマの温度が下がると、中に鉱物の結晶が現れて少しずつ育っていきます。結晶がどこまで大きくなれるかは、育つ時間がどれだけあるかで決まります。中学校の理科で、ミョウバンの水溶液をゆっくり冷やすと大きな結晶が育ち、急に冷やすと細かい結晶がたくさんできる実験を見た人もいるでしょう。マグマの中でも、同じことが起きています。

地下深くのマグマは厚い岩盤に囲まれているので熱が逃げにくく、長い時間をかけて冷えます。結晶はどれも肉眼で見える大きさまで育ち、すき間なく組み合わさって固まります。これが深成岩で、このような粒のようすを等粒状組織といいます。図1の左側のように、大きさのそろった粒が隣どうし接していて、粒の間を埋める細かい部分がありません。

一方、図1の右側は火山岩のつくりです。大きな結晶がぽつぽつと浮かび、そのまわりを細かい粒が埋めています。大きな結晶を斑晶、まわりの細かい部分を石基といい、このつくりを斑状組織と呼びます。斑晶は、マグマが地下のマグマだまりにいるあいだにゆっくり育った結晶です。その後マグマが地表や地表近くまで上がると急に冷やされ、残っていた液体の部分は大きく育つ時間がないまま、細かい結晶や火山ガラス（結晶にならずに固まった部分）になります。斑状組織は、ゆっくり冷えた時期と急に冷えた時期の 2 段階が 1 つの岩石に残った記録だと考えると、忘れにくくなります。

SiO₂ の量で苦鉄質から珪長質へ並べる

組織とは別に、マグマの中身による分け方があります。火成岩の成分を酸化物の形に置きかえて質量の割合で表すと、最も多いのが SiO₂（二酸化ケイ素）です。その割合で次のように区分します。区切りの値は教科書によって少し違うことがあるので、定期テストでは自分の教科書の値に合わせてください。

名前には中身がそのまま書いてあります。苦鉄質の「苦」は酸化マグネシウムの古い呼び名である苦土の「苦」で、「鉄」と合わせて Mg と Fe が多いことを表します。珪長質の「珪」はケイ素、「長」は長石のことで、SiO₂ と長石が多いという意味です。SiO₂ の割合が約 45% を下回るものは超苦鉄質と呼ばれ、マントルの上部をつくるかんらん岩がその例です。

表の色指数は、岩石の中で有色鉱物が占める体積の割合を % で表した値です。有色鉱物はかんらん石、輝石、角閃石、黒雲母で、Fe や Mg を含むため黒っぽく見えます。石英、カリ長石、斜長石は無色鉱物で、白っぽいか透明に見えます。SiO₂ が少ないマグマは Fe や Mg を多く含むので有色鉱物がたくさんでき、岩石は黒っぽくなります。SiO₂ の量が増えるほど色指数は小さくなる、という逆向きの関係はここから来ています。有色鉱物の多い苦鉄質の岩石ほど密度も大きく、同じ大きさなら手に持ったときに重く感じます。

2 つの物差しを重ねて 6 つの岩石を決める

組織は「どこで冷えたか」に、SiO₂ の量は「どんなマグマだったか」に答えます。2 つの問いは別々のことを聞いているので、掛け合わせると 2×3 で 6 通りになります。苦鉄質のマグマが地表付近で固まれば玄武岩、地下深くで固まれば斑れい岩です。中間質なら安山岩と閃緑岩、珪長質なら流紋岩と花こう岩が組になります。組になった 2 つは、中身がほぼ同じで冷え方だけが違う、きょうだいのような関係です。

暗記の助けには「カリュウアンゲン」「シンカセンハン」という唱え方がよく使われます。火山岩の「カ」に流紋岩、安山岩、玄武岩の頭の音を続けたものと、深成岩の「シン」に花こう岩、閃緑岩、斑れい岩を続けたものです。どちらも珪長質から苦鉄質の順に並ぶので、苦鉄質を左に置く表へ書き写すときは右の列から入れていきます。身近なところでは、磨いた花こう岩が御影石の名で建物の外壁や石段に使われています。よく見ると、黒い粒の多くは黒雲母、白い粒は長石、透明に近い灰色の粒は石英です。

例題で解き方を確かめる

ここからは図2の分類表を手元に置いて解きます。上の 2 段が 6 つの岩石の枠で、列の幅を SiO₂ の量に比例させてあります。下の 2 段は緑のくさびが SiO₂ の量、灰色のくさびが色指数です。図2のように、右へ進むほど緑は厚く、灰色は薄くなっていきます。書き込んだ数値は区切りの目安です。

例題1　見た目から組織と岩石の仲間を見分ける

問題：岩石 A は、肉眼で見える大きさの結晶がすき間なく組み合わさっています。岩石 B は、細かい粒やガラスの中に大きな結晶が散らばっています。(1) A と B の組織の名前、(2) それぞれ火山岩と深成岩のどちらか、(3) B の大きな結晶と細かい部分の名前を答えなさい。

1. 粒の大きさが 1 種類か 2 種類かを見ます。組織の名前は見た目だけで決まるので、成分を考える前に片づけます。A は大きな粒だけなので等粒状組織、B は大小が混じるので斑状組織です。
2. 組織を冷え方につなげます。火山岩か深成岩かは冷えた場所で決まり、組織がその証拠になるからです。A はゆっくり冷えた深成岩、B は急に冷えた時期をもつ火山岩です。
3. 斑状組織の 2 つの部分に名前を当てます。冷え方の説明を書くときにこの 2 語が必ず要るので、ここで言葉をそろえます。大きな結晶が斑晶、細かい部分が石基です。

答え：(1) A は等粒状組織、B は斑状組織　(2) A は深成岩、B は火山岩　(3) 大きな結晶は斑晶、細かい部分は石基

例題2　分類表から岩石の名前を読み取る

問題：ある岩石は斑状組織をもち、SiO₂ の質量の割合は約 58% でした。図2を使って、(1) この岩石の名前、(2) 同じ組成のマグマが地下深くでゆっくり固まったときの岩石の名前、(3) 色指数の目安を答えなさい。

1. SiO₂ の値から列を決めます。名前を思い出す前に列を決めると、候補が 2 つまで減るからです。58 は 52 と 66 の間なので中間質の列です。
2. 組織から行を決めます。斑状組織は火山岩の行で、列と行の交わる枠にあるのは安山岩です。組織は冷え方の記録なので、列とは別に判断できます。
3. 行だけを動かします。組成が同じなら列は変わらず、冷え方が変わるぶん行だけが移るからです。深成岩の行に移ると閃緑岩です。
4. 色指数を読みます。色指数は列ごとに決まる目安なので、行を動かしても変わりません。中間質の幅は、図2の灰色のくさびで 40 から 20 までの区間です。

答え：(1) 安山岩　(2) 閃緑岩　(3) 約 20〜40

例題3　方眼で数えて色指数を求める

問題：ある深成岩の磨いた面に方眼を重ね、200 マスそれぞれの中心にある鉱物を調べると、石英 58、カリ長石 56、斜長石 62、黒雲母 18、角閃石 6 でした。色指数を求め、岩石の名前を答えなさい。

1. 鉱物を有色と無色に仕分けます。色指数は有色鉱物だけを数える値だからです。有色は黒雲母と角閃石、無色は石英、カリ長石、斜長石です。
2. 有色鉱物のマスを足します。知りたいのは種類ごとの数ではなく有色鉱物全体の量だからです。18 + 6 = 24 マスです。
3. 全体に対する割合を求めます。粒がかたよりなく散らばっていれば、面の上の割合を体積の割合の代わりに使えるからです。24 ÷ 200 × 100 = 12 となります。5 つの数を足して 200 になることも確かめると、数え落としに気づけます。
4. 分類表にあてはめます。名前を決めるには列と行の両方が要るからです。色指数 12 は約 20 以下なので珪長質の列、深成岩なので下の行で、花こう岩です。

答え：色指数は 12、岩石は花こう岩

例題4　斑状組織のでき方を説明する

問題：安山岩の斑状組織ができる過程を、斑晶と石基のそれぞれの冷え方にふれて 60 字以内で説明しなさい。

1. 書く要素を先に 2 つ立てます。問われているのは斑晶と石基の 2 つなので、片方を書き忘れないためです。斑晶は地下でゆっくり、石基は地表付近で急に、とメモします。
2. 時間の順に並べます。斑晶が先、石基が後という順番そのものが、でき方の説明になるからです。
3. 問われていないことを削ります。SiO₂ の量や色指数は組織のでき方と直接は関係しないので、限られた枠には入れません。

答え：地下のマグマだまりでゆっくり冷える間に斑晶が育ち、残りの液体が地表付近で急に冷えて石基になった。

まちがえやすいところと直し方

誤り1　黒っぽさで火山岩か深成岩かを決めてしまう

• 誤った書き方：黒っぽい岩石は火山岩で、白っぽい岩石は深成岩である。
• どこが違うか：色を決めるのは有色鉱物の量、つまり分類表の列です。火山岩か深成岩かを決めるのは組織、つまり行です。黒っぽい斑れい岩は深成岩ですし、白っぽい流紋岩は火山岩です。ガラスの多い黒曜石のように、SiO₂ が多いのに黒く見える火山岩もあるので、見た目の色はあくまで目安です。色指数も見た目の濃さの点数ではなく、有色鉱物の体積の割合です。
• 正しい書き方：火山岩か深成岩かは組織で決まり、黒っぽさは有色鉱物の量、つまり色指数で決まる。

誤り2　斑晶を急に冷えてできた結晶と書く

• 誤った書き方：斑状組織の斑晶は、マグマが地表で急に冷えたときにできる大きな結晶である。
• どこが違うか：急に冷えると結晶は大きく育てません。斑晶が大きいのは育つ時間があったからで、その時間があったのは地下にいるあいだです。「火山岩は急に冷える」という言葉を岩石の全部に当てはめると、この誤りが起こります。急に冷えるのは、斑晶のまわりに残っていた液体の部分です。
• 正しい書き方：斑晶は地下のマグマだまりでゆっくり育った結晶で、石基は地表や地表近くで急に冷えて固まった部分である。

誤り3　SiO₂ の量を石英の量と同じものと考える

• 誤った書き方：玄武岩は SiO₂ を約 50% 含むので、岩石の約半分が石英でできている。
• どこが違うか：SiO₂ の量は、岩石全体の成分を酸化物に置きかえて計算した値です。輝石や斜長石のような鉱物も、ケイ素と酸素を成分にもっています。石英は、数ある鉱物のうちの 1 つにすぎません。
• 正しい書き方：玄武岩の SiO₂ は主に輝石や斜長石などの成分として含まれており、鉱物としての石英はほとんど含まれない。

図3は、SiO₂ の量を横軸に、鉱物の体積の割合を積み上げて描いた模式図です。割合は大まかな目安です。図3のように、石英は中間質に入ってから少しずつ現れ、珪長質で大きく増えます。玄武岩のある苦鉄質の範囲には石英の領域がなく、そこの SiO₂ を受け持っているのは輝石や斜長石です。

濃い色に塗った 4 つの領域が有色鉱物で、オレンジ色の線までの高さがそのまま色指数にあたります。左端の約 70 から右へ下がっていくこの線を、図2の灰色のくさびと見比べてみてください。同じ関係を別の描き方で示しているだけだとわかれば、表と図を行き来して問われても迷わなくなります。

用語のまとめ

練習問題

練習1　次の条件にあてはまる岩石を、玄武岩、安山岩、流紋岩、斑れい岩、閃緑岩、花こう岩の中から 1 つずつ答えなさい。(1) 火山岩のうち SiO₂ の割合が最も大きい岩石　(2) 深成岩のうち色指数が最も大きい岩石　(3) 安山岩と同じ組成で等粒状組織をもつ岩石

練習2　等粒状組織をもつ岩石の磨いた面に方眼を重ね、250 マスの中心の鉱物を調べると、斜長石 120、輝石 96、かんらん石 34 でした。色指数を求め、岩石の名前を答えなさい。

練習3　図3について答えなさい。(1) SiO₂ の量が増えるにつれて割合が増える無色鉱物を 2 つ挙げなさい。(2) 有色鉱物のうち、図の右端でも残っているものは何ですか。

練習4　流紋岩と花こう岩は組成がほぼ同じなのに、粒の見え方が大きく異なります。その理由を 50 字以内で説明しなさい。

答えと解説

練習1の答え：(1) 流紋岩　(2) 斑れい岩　(3) 閃緑岩。SiO₂ は珪長質ほど多く、色指数は苦鉄質ほど大きくなります。(3) は分類表で同じ列の 1 つ下の枠を見れば決まります。

練習2の答え：色指数は 52、岩石は斑れい岩。有色鉱物は輝石とかんらん石で、96 + 34 = 130 マスです。130 ÷ 250 × 100 = 52 となり、約 40〜70 の範囲に入るので苦鉄質です。等粒状組織なので深成岩の行を選びます。斜長石は無色鉱物なので数えません。

練習3の答え：(1) 石英とカリ長石　(2) 黒雲母。図の上のほうにある 2 つの領域は、右へ行くほど広がります。斜長石はどの列にも現れますが、右側では割合が下がっていきます。黒雲母は灰色の領域で、右端まで続いています。

練習4の答え：花こう岩は地下深くでゆっくり冷え、流紋岩は地表付近で急に冷えて固まったから。組成が同じなら表の列は同じで、違うのは行、つまり冷え方だけです。答案には「ゆっくり」と「急に」の対比を必ず入れます。

次の単元へのつながりと確かめ方

この分類表は、次の造岩鉱物の単元で「なぜその列にその鉱物が現れるのか」を考えるときの地図になります。海洋地殻は玄武岩や斑れい岩でできていて、大陸地殻の上部は花こう岩に近い組成だという地球の内部の話や、沈み込み帯の火山に安山岩が多いという日本列島の話にも、同じ表を使います。

家で 5 分あれば、次の 2 つで確かめられます。

1. 白い紙に 2 行 3 列の枠だけを書き、上に SiO₂ の矢印、下に色指数の矢印を逆向きに入れてから、6 つの名前を何も見ずに埋めます。途中で手が止まった枠が、次に読み返す場所です。
2. 駅の床や建物の外壁の磨かれた石を 1 つ選び、粒の大きさがそろっているか、黒い粒がどのくらいあるかを見て、どの岩石に近いかを理由と一緒に口に出します。

個別指導で確かめるなら、空欄を埋める練習の前に、冷える時間と粒の大きさの関係を自分の言葉で話せるかどうかまで戻ります。そこが通れば、有色鉱物と無色鉱物の仕分けへ進みます。

まとめ

石の名前が覚えられないと感じたら、単語帳の札として眺めるのをやめて、磨かれた花こう岩の前に立ってみてください。肉眼で数えられるあの粒の 1 つ 1 つは、誰にも見られない地下の暗闇で、マグマが冷えるあいだに育ったものです。地表近くで短い時間に固まった石基には、その時間がありません。夏休みの課題の山の底にあった 6 つの空欄は、その時間の差とマグマの中身の差を書き込む欄でした。

粒の大きさは、マグマが地下で待った時間の長さそのものです。