高校受験の理科 火山とマグマ—ねばりけと噴出物を比べて火山の特徴を説明する｜武蔵野個別指導塾

ねばりけと斜面の関係や噴火の傾向を読み解き、粒から観察するのは火山灰です。

よくあるのは、中学生が火山の断面図を見て、斜面が急なほうを「マグマのねばりけが小さい」と結ぶ場面です。さらさらしたものほど流れ広がると考え直すと、反対だと気づけます。ただし、形は噴出物の積み重なりなどにも左右されるため、山の形だけで実際の噴火を決めつけることはできません。ここでは火山の形、噴火の傾向と火山灰の観察をつなげます。

火山の資料で問われること

火山の問題には、形から溶岩の流れ方を考える型があります。低く広がった山と盛り上がった山の図を見比べ、マグマのねばりけがどちらで大きいかを答えるものです。形だけを暗記するのではなく、地表に出た溶岩が流れやすいかどうかを間に置くと、向きを取り違えにくくなります。

次は噴火の様子を結ぶ型です。ねばりけが大きいマグマでは気体が抜けにくく、爆発的な噴火になりやすいと考えます。ねばりけが小さければ気体が抜けやすく、比較的おだやかに溶岩を流す傾向があります。「なりやすい」という言い方は、他の条件も噴火に関係するためです。形やねばりけを見ただけで、個々の噴火の強さを必ず決められるわけではありません。

もう1つは火山灰の観察です。水で洗った粒を見て、火山灰がどのようなものの集まりかを考えます。溶岩の流れ方の話と、細かい粒を顕微鏡などで見る話は別々の観点ですが、どちらも火山から出た物を調べる手掛かりになります。

地下から地表へ、言葉をつなぐ

地下にある高温で溶けた岩石などをマグマと呼びます。マグマには結晶や気泡が含まれることもあります。地表に出て流れるマグマは溶岩です。つまり「地下にあるか」「地表に出たか」に注目すると、2つの言葉の使い分けがしやすくなります。

図1のように、ねばりけが小さいマグマから出た溶岩は流れやすく、広い範囲に広がる傾向があります。積み重なった火山は、なだらかな斜面になりやすいと考えます。一方、ねばりけが大きい場合は溶岩が流れにくく、火口の近くに盛り上がりやすくなります。図1は典型的な関係を比べた模式図で、実際の山の寸法や傾斜角を示したものではありません。

図1の左では、流れやすい溶岩が左右に広がっています。右は流れにくい溶岩が火口付近にたまった様子です。形ができるまでには繰り返しの噴火や、すでにある地形なども関係します。実際の山には中間的な形もあり、図の2種類に必ず分けられると考える必要はありません。

マグマには火山ガスのもととなる気体が含まれます。ねばりけが大きいと、上昇するマグマから気体が逃げにくく、気体の膨張により爆発的な噴火になりやすくなります。ねばりけが小さい場合は気体が比較的抜けやすく、おだやかに溶岩が流れ出ることが多いという関係です。気体の量なども関わるので、ねばりけだけを理由に必ず爆発するとは言えません。

火山の形を比べるときは、まず断面の高さだけでなく、裾がどのくらい広がっているかも見ます。高く見える部分だけを指して「急」と判断すると、図の縮尺や描き方に引きずられることがあります。問題文に模式図とあれば、図が示す比較を読み取り、実際の山の高さや距離を読み取ったことにはしません。

火山灰は、噴火で飛び出した細かい固形物です。木などが燃えた後の灰とは成り立ちが異なり、岩石や鉱物、火山ガラスなどの粒を含みます。観察では粒を水で洗い、にごりを取り除いてから見ると、粒の形や色を比べやすくなります。粒の色が違っても、見た目だけで鉱物名を決めるのではなく、問題に示された特徴と照らし合わせます。

基本例題: 2つの火山を対応させる

次の資料は、学習用に作った2つの火山の断面と溶岩の性質です。火山Aは低く広がったなだらかな形、火山Bは火口付近が高く盛り上がった形とします。比べるマグマのねばりけは「小さい」「大きい」の2種類で、図2の形はそれぞれの溶岩の流れ方を典型的に表しているとします。

問1: AとBのマグマのねばりけをそれぞれ「小さい」「大きい」から選んで答えてください。問2: Bの溶岩が火口付近に盛り上がる理由を、流れやすさに触れて1文で答えてください。問3: BではAに比べ、気体が抜けやすいか抜けにくいかを答え、それに伴う噴火の傾向を「爆発的」という語を使って1文で述べてください。

図2でまず見るのは、Aが広がり、Bが火口付近に盛り上がっている点です。数字を計算する問題ではないので、資料の形から溶岩の性質を順に言葉でたどります。

Aの溶岩は広い範囲へ流れています。流れやすい溶岩は、ねばりけの小さいマグマから出たものです。したがって問1のAは「小さい」です。Bでは、溶岩が遠くまで流れにくいため火口付近にたまっています。よってBは「大きい」です。

問2は「ねばりけが大きく、溶岩が流れにくいため、火口付近にたまって盛り上がる」です。「ねばりけが大きいから急になる」でも向きは合っていますが、間に流れにくさを入れると理由が明確になります。流れにくいという性質を図2へ戻し、火口の近くにたまる様子と一致するか確かめます。

問3の答えは「抜けにくい。気体が抜けにくく、爆発的な噴火になりやすい」です。気体が抜けにくいことから爆発的になりやすいとつなぎます。この問いは比較の傾向を問うもので、Bで起きる噴火が毎回同じ強さになると主張するものではありません。

条件を増やした資料で、言えることを選ぶ

別の資料として、火山Cと火山Dを比べます。CのマグマはDよりねばりけが大きく、他の条件は同じとします。Cでは気体が抜けにくく、Dでは気体が抜けやすいものとします。ただし、現在見える山の形は、過去に出た物が重なった結果でもあり、今回出る溶岩だけで決まるとは限らないとします。

次のア〜ウから、この条件で言えるものをすべて記号で答え、選ばなかったものは理由を各1文で述べてください。ア「Cのほうが、今回出る溶岩は流れにくい」。イ「Cのほうが、爆発的な噴火になりやすい」。ウ「現在の山の斜面は、必ずCのほうが急である」。

アは選べます。CのマグマはDよりねばりけが大きいため、地表に出た溶岩は比較すると流れにくいからです。イも選べます。Cでは気体が抜けにくいという条件があり、他の条件を同じとした比較なので、爆発的な噴火になりやすいと考えられます。

ウは選びません。現在の山の形は過去の噴出物などにも左右されるという条件があるので、今回のマグマのねばりけから現在の斜面の急さを必ず決めることはできません。答えはアとイです。ア・イ・ウの3つをそれぞれ条件に戻すと、溶岩の流れ方と噴火の傾向は比較でき、現在の山の形だけは断定できないことが確かめられます。

分かれ目は、溶岩が「今回どう流れるか」と、山が「これまでにどのように形づくられたか」です。問題に典型的な形を比べるという条件があれば、形とねばりけを結びます。今回のように過去の積み重なりも示されたら、単純な結び付けで現在の形を断言しないようにします。

逆向きの矢印を直す

「ねばりけが小さい → 流れにくい → 火口近くに盛り上がる」と答えたとします。誤りは最初の矢印です。ねばりけが小さい溶岩は流れやすく、広がりやすいので、後ろの形もつながりません。

図3のように、途中の流れ方を言い直してから形へ進みます。「ねばりけが小さい → 流れやすい → なだらかに広がりやすい」が修正です。図3は傾向を表した関係図なので、この矢印をそのまま使って実際のあらゆる火山の姿を断定することはできません。

もう1つの誤答は「火山灰は何かが燃えた後の灰なので、鉱物は含まれない」です。名前の「灰」から日常の燃えかすを想像したことが原因です。火山灰は噴火で出た細かい固形物であり、鉱物などの粒を含むと直します。観察した粒がどのようにできたかを考えると、言葉の印象だけで選ばずにすみます。

また、「爆発的な噴火をしたのだから、山全体が必ず急な斜面だ」という答えも飛躍です。噴火の様子と山の形に関係はありますが、山全体の形には過去の噴出物なども関係します。問題にある条件まで戻り、推測できる傾向と断定できることを分けます。

手掛かりを変えて練習する

次の4問は学習用に作った資料です。解答は問題の後にまとめてあります。各問の条件を確認し、指定された形で答えてください。

問題1

火山EとFの断面を比べると、Eは溶岩が遠くまで広がって低くなだらかです。Fは溶岩が火口付近にたまり、盛り上がっています。2つの形はそれぞれの溶岩の流れ方を典型的に表すものとします。EとFのうち、マグマのねばりけが大きいほうを記号で答え、その理由を溶岩の流れ方を含む1文で書いてください。

問題2

火山GとHのマグマを比べると、Gのほうがねばりけが小さいとします。気体はGのほうが抜けやすく、他の条件は同じです。より爆発的な噴火になりやすいほうを記号で答え、気体の抜け方を使って理由を1文で書いてください。

問題3

ある火山灰を水で洗い、乾かして観察しました。透明に近い粒や色の濃い粒、ガラス質の粒が見られました。次の文が正しければ「正しい」、誤っていれば「誤り」と答え、誤りなら1文で直してください。「火山灰は燃えかすなので、鉱物や火山ガラスを含まない」。

問題4

火山JとKについて、今回の噴火ではJのマグマのほうがねばりけが大きく、他の条件は同じとします。Jの気体はKより抜けにくいものとします。現在の山の形には、それ以前に噴出した物も関わっています。次のア〜エから、条件だけで言えるものをすべて記号で答えてください。

ア「今回出る溶岩は、Jのほうが流れにくい」。イ「今回、JはKより爆発的な噴火になりやすい」。ウ「現在の山は、Jのほうが必ず高い」。エ「Jの気体はKより抜けやすい」。

答えと考え方

問題1はFです。理由は「Fの溶岩は流れにくく、火口付近にたまって盛り上がるから」です。ねばりけが大きいと流れにくいことを、Fの条件である火口付近の盛り上がりに戻して確かめます。Eは遠くまで広がっているため、この資料の条件ではねばりけが小さい側です。

問題2はHです。理由は「Hのほうが気体が抜けにくく、膨張した気体によって爆発的な噴火になりやすいから」です。Gの気体が抜けやすいという条件に戻すと、GよりHのほうが抜けにくいことが合います。おだやかな傾向をGに結び、問われた爆発的な傾向をHに結べているかも確認します。

問題3は「誤り」です。直した文は「火山灰は噴火で出た細かい固形物で、鉱物や火山ガラスを含むことがあります」です。観察条件にあったガラス質の粒に答えを戻すと、「含まない」とする元の文と矛盾します。透明に近いという色だけで、粒の名前までは決めません。

問題4はアとイです。アはねばりけと流れにくさの関係に合い、イは気体が抜けにくいという条件に合います。ウは以前の噴出物も形に関わるため、高さを必ず決められません。エはJの気体が抜けにくいという条件と反対です。4つを順に見直すと、選んだ2つは条件に沿い、選ばなかった2つは断定か条件の逆になっています。

手元に残す要点

ねばりけが小さいマグマの溶岩は流れやすく、なだらかに広がりやすいです。
ねばりけが大きいと溶岩は流れにくく、気体も抜けにくい傾向です。
噴火の様子や山の形は、ねばりけ以外の条件も考えます。
火山灰は噴火で出た細かい固形物で、鉱物などを含みます。

どこで向きが変わったかを確かめる

お子さまが図を見て答えを逆にしたときは、正しい組合せを読み上げる前に「どちらが流れやすいか」を尋ねてみてください。流れ方は言えるのに斜面を逆にする場合と、ねばりけから流れ方を逆にする場合では、戻る場所が違います。火山灰の問題では、粒を見て何を根拠に答えたかを聞くと、名前の印象と観察した事実を区別できます。

個別指導で確かめるなら、図1の2つの山を指し、ねばりけから溶岩の流れ方、山の形までを自分の言葉で順に説明できるかを見るとよいでしょう。次に図3の矢印を隠し、間の言葉を補えるかを試します。図を離れて条件の異なる資料を読んでも、傾向と断定を区別して根拠を述べられれば、火山の形を考える手掛かりが残ります。