高校受験の理科 火成岩—結晶の大きさと鉱物から冷え方と岩石を見分ける｜武蔵野個別指導塾

斑晶と石基の大きさを見比べ、冷え方と鉱物の特徴を手掛かりに火成岩を識別します。

よくあるのは、岩石のスケッチを描く中学生が、斑晶と石基を同じ大きさの粒で埋めてしまう場面です。名前を覚えていても、図にすると2つの違いが消えてしまいます。どちらが先にできた結晶なのか、残りの部分はどう冷えたのかを図と一緒にたどると、岩石の見分け方がつながります。ここではマグマが冷えてできた岩石の組織と鉱物を扱います。

岩石の問題で見る順番

火成岩の問題には、まず岩石の表面や拡大図から組織を読み、冷え方を説明する型があります。大きな結晶が細かい部分に散らばるのか、全体がほぼ同じ大きさの結晶からなるのかに注目します。名称を答えるだけでなく、その名称を選んだ根拠を観察された形に戻して述べることが必要です。

次に、鉱物の特徴を調べ、岩石名を選ぶ型があります。白っぽい鉱物と黒っぽい鉱物の割合、粒の色や割れ方を手掛かりにします。岩石の色と結晶の大きさは別々の情報です。白っぽいという情報だけでは、火山岩か深成岩かを決められません。

もう1つは、観察結果が不十分なときに、何を追加で調べればよいかを考える型です。写真に大きな粒が見えても、その周囲が細かい粒なのか、同じくらいの粒なのかが不明なら、組織を決める材料が足りません。手掛かりから言えることと、言えないことを分ける練習をしましょう。

結晶の大きさが残す冷え方

マグマが冷えて固まると火成岩ができます。地下深くでゆっくり冷えると、鉱物の結晶が成長しやすく、全体がほぼ同じ大きさの結晶からなる等粒状組織になります。このように地下深くでできた岩石を深成岩といいます。結晶の形や大きさが完全に同一という意味ではありません。

一方、地下でゆっくり冷える間に先に大きな結晶ができ、その後、地表または地表近くで残りのマグマが急に冷えると、細かい部分の中に大きな結晶が散らばる斑状組織になります。大きな結晶が斑晶、周囲の細かい部分が石基です。石基には小さな結晶やガラス質の部分があります。このように地表またはその近くでできた岩石を火山岩といいます。

図1のように、斑晶は石基の中に見える大きな粒です。図は大きさの関係を示す模式図で、粒の数や形は実物の割合を表していません。

図1の左では大きな粒の周りに細かい部分があり、右では粒の大きさがほぼそろっています。石基を斑晶と同じ大きさの粒で描くと、右の図との違いが伝わりません。スケッチでは、見えた大きな結晶を先に描き、その間を細かく表すと区別しやすくなります。

鉱物は岩石をつくる成分です。代表的な無色鉱物には石英と長石があり、有色鉱物には黒雲母、角閃石、輝石、かんらん石があります。石英は無色透明または白っぽく、不規則に割れます。長石は白っぽく、一定方向に割れて平らな面が見られます。黒雲母は黒っぽく薄くはがれ、角閃石は黒っぽく細長い形が見られます。輝石は黒っぽく短い柱状、かんらん石は黄緑色を帯びる粒状のものが代表的です。

ただし、色や形の見え方には違いがあり、1つの特徴だけでいつも確実に判定できるわけではありません。複数の特徴を組み合わせ、問題に示された観察条件を使います。色の薄い鉱物が多い岩石は白っぽく、有色鉱物が多い岩石は黒っぽく見える傾向があります。

火山岩には、白っぽい流紋岩、中間の安山岩、黒っぽい玄武岩があります。深成岩では、それぞれに対応する代表として花こう岩、せん緑岩、はんれい岩があります。対応する組は色や鉱物の割合が似ていますが、冷えた場所と組織が異なります。たとえば花こう岩と流紋岩はともに白っぽい傾向があっても、花こう岩は等粒状組織、流紋岩は斑状組織です。

鉱物と岩石の名前も混ぜないようにします。石英や長石は岩石をつくる鉱物の名前で、花こう岩や流紋岩は複数の鉱物などからなる岩石の名前です。花こう岩の中に石英が見えたとき、石英という粒の名前と花こう岩という標本全体の名前は、答える対象が違います。設問が「鉱物名」を求めるのか「岩石名」を求めるのか、最初に確かめます。

観察の際は、新しく割った面などをルーペで見て、粒の輪郭や色を比べます。表面が風化していると本来の色や形が見えにくいこともあります。実物の観察では複数の場所を確かめ、示された図の問題では図の範囲と説明文を合わせて読みます。大きな粒が目立つ部分だけを拡大した図から、岩石全体が同じ大きさの粒だと決めることはできません。

6種類の岩石名は、色の順と組織を組にして整理すると使いやすくなります。火山岩を白っぽい方から流紋岩、安山岩、玄武岩と並べ、その下に対応する深成岩の花こう岩、せん緑岩、はんれい岩を並べます。縦に対応する2種類は色が似ていますが、冷え方と組織が異なります。横に並ぶ3種類は火山岩どうし、または深成岩どうしで、色や鉱物の割合を比べます。例えば中間の色という条件では安山岩とせん緑岩が残るので、粒の大小まで確かめてから選びます。

基本例題：観察から2段階で選ぶ

【問題】自作の標本Aは、白っぽい細かい部分の中に、それより大きな結晶が散らばっています。大きな結晶には、平らな面で割れる白っぽい鉱物と、不規則に割れる無色の鉱物が見られました。組織名と岩石名をそれぞれ用語で答え、冷え方を「地下」と「地表近く」を使って1文で説明してください。岩石名は流紋岩、安山岩、玄武岩、花こう岩、せん緑岩、はんれい岩から選びます。

図2のように、まず粒の大小、次に色を読みます。図の粒は模式的に描いており、鉱物の実際の形をそのまま写したものではありません。

【解き方】大きな結晶と細かい部分が共存するので、組織は斑状組織です。大きな結晶を斑晶、細かい部分を石基と呼びます。地下で先に結晶が成長し、残ったマグマが地表近くで急に冷えたと考えます。したがってAは火山岩の仲間です。

次に白っぽいという条件を使います。火山岩の候補のうち、白っぽい代表は流紋岩です。平らな面で割れる白っぽい鉱物は長石、不規則に割れる無色の鉱物は石英という手掛かりにも合います。鉱物名を答える設問ではありませんが、候補を選ぶ根拠を確認できます。

【答え】組織は斑状組織、岩石は流紋岩。地下でゆっくり冷えて大きな結晶ができ、残りが地表近くで急に冷えました。

答えを観察に戻すと、斑状組織は大きな結晶と細かい部分の共存に、流紋岩は白っぽい火山岩という条件に対応します。花こう岩も白っぽい岩石ですが、深成岩で等粒状組織なので、Aの粒の大小には合いません。白色の鉱物の名前だけで花こう岩と決めると、この条件を見落とします。

少し難しい例題：不足する情報を見抜く

【問題】自作の標本BとCは、ともに黒っぽい岩石です。Bには、細かい石基の中に大きな結晶が散らばっています。Cは表面の一部に大きな結晶が見えますが、その周囲の粒の大きさは記録されていません。Bの岩石名を、玄武岩とはんれい岩から1つ選んで答えてください。また、Cをこの2つのどちらかに分けるために必要な観察を、結晶の大きさに触れて1文で答えてください。両標本はこの2種類のいずれかとします。

【解き方】Bは大きな結晶と石基を持つので斑状組織です。斑状組織の黒っぽい火山岩は玄武岩です。黒っぽいという共通点は、玄武岩とはんれい岩を分ける条件にはなりません。分かれ目は結晶の大きさの分布です。

Cでは大きな結晶が1つ見えただけで、周囲が細かい石基なのか、同程度の結晶なのかが不明です。そのため、名前を今の記録から決めることはできません。周囲まで観察し、大きな結晶と細かい石基があれば斑状組織、全体がほぼ同じ大きさの結晶なら等粒状組織と判断します。

【答え】Bは玄武岩。Cは大きな結晶の周囲が細かい石基か、ほぼ同じ大きさの結晶かを観察します。

Bに答えを戻すと、玄武岩の斑状組織は記録された粒の大小と合います。Cについては、追加観察で2通りの結果が出る可能性を残しています。もし観察範囲が小さすぎて周囲を見渡せない場合は、見えない部分まで決めつけず、観察範囲を広げます。逆に全体の粒が見えていれば、その記録を使って分類できます。

間違えた図を描き直す

ある解答では、斑状組織を表そうとして、同じ大きさの粒を一面に並べ、1つに「斑晶」、隣に「石基」と書きました。名前は2つあっても、大きさの差が図に表れていません。これでは等粒状組織との見分けがつきません。

図3のように、直すときは大きな結晶を少数描き、その周りに細かい部分を置きます。石基は斑晶と同じ大きさの独立した結晶1個を指すのではなく、斑晶の周囲にある細かい部分です。

図3の左は大きさの差が示されない誤った描き方、右は差を表した描き方です。右の大きな粒から斑晶へ、周囲の細かい部分から石基へと指せるか確認します。粒の数を実物と同じにする図ではなく、両者の関係を伝える図です。

もう1つの誤りは「石基があるのだから岩石全体が地下でゆっくり冷えた」とする説明です。斑晶が成長した段階と、残りが急に冷えた段階を分ければ修正できます。反対に、等粒状組織を見て必ず急に冷えたとする答えも、結晶の成長に時間がかかったことと合いません。図の粒の大小から冷え方へ、矢印をたどるように説明しましょう。

自分で確かめる4問

次の標本や観察は設問のために作ったものです。岩石名は上で挙げた6種類から選び、記述はそれぞれ指定の長さで答えます。

1. 標本Dは全体がほぼ同じ大きさの結晶からなり、白っぽい色をしています。組織名と岩石名をそれぞれ用語で答えてください。
2. 標本Eは黒っぽい細かい部分に大きな結晶が散らばっています。岩石名を用語で答え、大きな結晶の名称と周囲の細かい部分の名称を順に答えてください。
3. 鉱物Fは黒っぽく、薄い板のようにはがれます。鉱物Gは白っぽく、一定方向に割れて平らな面が見られます。FとGの名前をそれぞれ用語で答えてください。
4. 標本Hは中間的な色ですが、粒の大小については記録がありません。安山岩とせん緑岩のどちらかであるとき、名前を決めるために何を調べるか、またそれぞれの名前につながる結果を、組織に触れて2文で答えてください。

答えと考え方

1. 等粒状組織、花こう岩です。ほぼ同じ大きさの結晶が集まるので深成岩であり、その中で白っぽい代表を選びます。花こう岩を条件に戻すと、白っぽく等粒状という両方の記述に合います。流紋岩は色が似ていますが、斑状組織なので除きます。

2. 玄武岩、斑晶、石基です。大きな結晶と細かい部分があるので火山岩であり、黒っぽい代表は玄武岩です。答えの斑晶を大きな粒に、石基をその周囲に戻すと、設問の大小関係と一致します。はんれい岩は色が似ていても等粒状組織です。

3. Fは黒雲母、Gは長石です。Fの薄くはがれる特徴とGの平らな面で割れる特徴をそれぞれ使います。両者の色だけを記憶するのでなく、割れ方も組み合わせると区別しやすくなります。答えを戻すと、黒雲母はFの特徴に、長石はGの特徴に対応します。

4. 結晶の大きさの分布を調べます。大きな結晶と細かい石基からなる斑状組織なら安山岩、ほぼ同じ大きさの結晶からなる等粒状組織ならせん緑岩です。中間的な色は共通なので、その条件だけでは分けられません。答えの両方を問題に戻すと、どちらも中間的な色という条件を満たし、組織で区別できます。

手元に残す要点

• 斑晶は大きな結晶、石基はその周囲の細かい部分です。
• 斑状組織は火山岩、等粒状組織は深成岩に見られます。
• 組織で冷え方を考え、色や鉱物で岩石名を絞ります。
• 観察されていない部分は、追加の観察を待って判断します。

どこで止まったかを見つける

お子さまが岩石名を間違えたときは、名前の暗記だけを確認する前に、図のどこを見たか聞いてみてください。図1で斑晶と石基を指せなければ、粒の大きさの違いに戻ります。指せるのに冷え方が逆なら、先に大きな結晶ができ、残りが急に冷える順序を言葉にします。

個別指導で確かめるなら、図2の標本について、組織を決める情報と色を決める情報を別々に示してもらいます。さらに図3を描き直し、どの部分がなぜ細かいのかを説明できるかを見ると、名前と観察がつながっているか判断できます。見えない情報を保留できることも、岩石を読む力です。