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高校受験の理科地層と化石—柱状図と岩石の粒から堆積の順と環境を読み取る｜武蔵野個別指導塾

公開 2026.11.11更新 2026.11.12武蔵野個別指導塾の特徴高校受験の理科生物と地学単元別

別地点の柱状図を火山灰の鍵層で対比し、堆積の順序と化石が示す環境を確かめる手順をまとめています。

よくあるのは、中学生が2地点の柱状図を見て、地表から同じ深さにある地層どうしを線で結ぶという場面です。地表の高さや地層の傾きが違えば、同じ時期にできた層が同じ深さにあるとは限りません。何を手掛かりに結んだのかを、図の横に短く書いてみましょう。地層が重なった順と、その後に起きた変化を分けると、地下の記録が読みやすくなります。

柱状図で問われる3つの道筋

第1は、堆積した順序です。れき、砂、泥などが水中に積もってできた地層が、できた後に逆転していないという条件なら、下の層ほど古く、上の層ほど新しいと考えます。地表からの深さだけで年代を決めるのではなく、同じ場所の重なりをたどります。

第2は、離れた地点の地層の対比です。広い範囲に短い期間で積もり、ほかと見分けやすい火山灰の層などを鍵層として使います。同じ鍵層と確かめられれば、その上下の順序を比べられます。火山灰なら何でも同じ層というわけではなく、色や含まれる粒などの特徴と周囲の重なりも照合します。

第3は、堆積した時代や環境です。示準化石は地層ができた時代の判断に、示相化石は堆積した場所の環境の判断に役立ちます。化石の名前を覚えるだけでなく、何を知るために使うかを選ぶ問題です。地層の変形については、堆積後の断層や褶曲、土地の隆起や沈降を、観察された証拠と結び付けます。

粒と化石を別々の手掛かりにする

流水で運ばれた粒は、水の流れが弱まると、一般に大きく重いものから先に沈みやすくなります。れき、砂、泥が固まった堆積岩をそれぞれ、れき岩、砂岩、泥岩と呼びます。れき岩には丸みを帯びた大きな粒が見え、泥岩は細かい粒からできています。ただし粒の大きさだけで、正確な水深や地点まで決めることはできません。運ばれ方や流れの強さも考える必要があります。

図1のように、粒の種類から岩石を見分け、化石からは別の問いに答えます。石灰岩は主に生物の殻などに由来する物質からでき、うすい塩酸をかけると気体を発生する性質が手掛かりです。チャートは非常に硬い岩石で、主に生物の遺骸に由来する成分を含みます。どちらも、粒の大きさだけで名付けるれき岩などとは見分け方が異なります。

図1の示準化石に適する生物は、広い範囲に分布し、栄えた期間が比較的短いものです。離れた地点でも同じ時代の手掛かりを得やすいためです。アンモナイトは中生代を示す代表例です。一方、示相化石には、すむ環境が限られる生物が適しています。サンゴの化石は、一般に暖かく浅い海の環境を考える手掛かりです。化石が見つかったという条件から、陸か海かを考えるときも、当時の生物の生活環境を根拠にします。

示準化石が示すのは地層の時代であり、示相化石が示すのは環境です。どちらも1個の情報から地形や正確な年代の数字まで読み取る道具ではありません。化石が運ばれて別の場所に再び堆積した場合などは単純に判断できないため、問題の条件やほかの証拠を確かめます。

柱状図は、その地点の地下を柱のように表した図です。地層の厚さと境界を順に読みますが、横幅は地層の広がりをそのまま表しているとは限りません。離れた柱の間を線で結ぶときは、図に示された特徴から同じ層だと判断できるかを先に確かめます。途中の地層が削られたり、場所によって厚さが変わったりする可能性もあるため、見えていない部分を図だけで断定しません。

また、海の生物の化石が山で見つかることは、その生物が高い山にすんでいたことを意味しません。堆積した当時の環境と、現在見えている場所を分けて考えます。地層ができた後に土地が持ち上がり、削られて地表に現れる場合もあります。化石は過去の環境を調べる手掛かりですが、現在の高さまで化石だけで決まるわけではありません。

基本例題：鍵層の上下を対応させる

次は自作の条件です。地点AとBの地層は逆転しておらず、図2の火山灰層は特徴が一致する同じ鍵層と確かめられています。地表の高さは異なります。Aは地表から下へ、泥岩4 m、火山灰層1 m、砂岩5 mの順です。Bは地表から下へ、砂岩2 m、泥岩3 m、火山灰層1 m、れき岩4 mの順です。各地点の図は模式的で、地表からの深さを表します。

問いは2つです。Aで火山灰層の上面と下面は地表からそれぞれ何 mの深さですか。整数と単位で答えてください。また、Bの砂岩と火山灰層では、どちらが新しいですか。理由も1文で答えてください。

図2のようにAの地表から数えます。火山灰層の上面までは泥岩の厚さですから、深さは4 mです。下面までは泥岩と火山灰層を足します。

4 m + 1 m = 5 m

したがって、上面は4 m、下面は5 mです。答えを図に戻すと、5 mから4 mを引いた火山灰層の厚さは1 mで、条件と一致します。上面と下面を入れ替えると厚さを正しく表せません。

次にBでは、砂岩の下に泥岩、その下に火山灰層があります。逆転していないので、上に重なった砂岩の方が火山灰層より新しいです。火山灰層の上面はBでは2 m + 3 m = 5 m、下面は5 m + 1 m = 6 mです。同じ鍵層でも、Aの上面は4 m、Bでは5 mという異なる深さにあります。

同じ深さの点を結ぶと、Bの火山灰層の上面をAの火山灰層の下面に対応させてしまいます。鍵層の上面どうし、下面どうしをそれぞれ対応させることが必要です。地表からの深さは地表を基準にした長さで、標高や堆積時期そのものではありません。地表が削られた程度や地層の傾きが違う場合にも、同じ深さを根拠に対比できないことがあります。

条件が変わると判断も変わる

もう1つ、自作の地層を考えます。地点Cでは、逆転していない地層が下から砂岩、泥岩、火山灰層の順に重なっています。砂岩から海にすんでいた貝の化石が見つかり、泥岩からは陸上植物の化石が見つかりました。貝の遺骸は生活していた海で堆積したものとし、陸上植物の遺骸には水中へ運ばれて堆積した可能性もあるとします。その後、これらの層を切る断層ができ、さらに断層を切らない砂の層が水平に重なりました。古い出来事から新しい出来事へ、堆積した場所の変化と断層を含めて順に述べてください。

最初は貝を含む砂岩ができたことです。海の生物が元の場所で堆積したという条件から、当時は海だったと考えられます。次に陸上植物を含む泥岩、その次に火山灰層ができました。泥岩の時期には陸上植物が関わる環境だったことが手掛かりです。ただし、この条件だけでは海が完全に陸地になったとまでは決められません。植物の遺骸が水中に運ばれる場合も考えられるため、海底から陸地への変化を断定するには追加の証拠が必要です。

続いて断層ができます。断層は火山灰層まで切っているので、その層の堆積後に生じたと判断できます。最後に、断層を切らない砂の層が重なりました。問題の条件では、その層が断層後に堆積したとしています。断層の上に見える層でも、その層が断層に切られていれば、堆積が先です。上下だけでなく、切る側と切られる側を調べます。

海に堆積した地層が現在は陸上の高い場所に見えるなら、土地の隆起や海面の変化などを考えます。反対に、陸上の痕跡を含む地層の上に海の地層が重なれば、沈降や海面の変化が候補になります。1つの証拠だけで原因を土地の上下運動に決めず、問題で与えられた条件を使います。地層が力を受けて曲がったものが褶曲、割れてずれたものが断層です。曲がっているだけで断層と呼ばないようにします。

同じ深さで結んだ答えを直す

誤答の例は「Aの深さ4 mの点とBの深さ4 mの点は、同じときにできた地層の境界だ」です。数字は同じですが、その点が何の境界かを見ていません。図3のように、Aの4 mは鍵層の上面で、Bの4 mは泥岩の途中です。同じ数字を結ぶだけでは、異なる部分を対応させてしまいます。

図3で直すべき点は、線を引く前の基準です。Aでは泥岩と火山灰層の境界、Bでも泥岩と火山灰層の境界を探します。Bの境界は深さ5 mです。Aの4 mとBの5 mを、同じ鍵層の上面として対応させます。下面も同様にAの5 mとBの6 mを対応させます。

別の誤りとして「アンモナイトがあるから暖かく浅い海だった」という答えがあります。この名前がここで示す手掛かりは時代です。環境を問われたなら、サンゴなど、生活できる環境が限られる化石の情報を探します。化石名と時代・環境の組を矢印で書いてから、問いの要求に合う矢印を選ぶと修正できます。

火山灰が両地点にあっても、同じ噴出によるものと確かめられていなければ、ただちに結ぶことはできません。見た目が似る別の層も考え、特徴や上下の層を調べます。また、逆転の有無が不明な場合には、上が必ず新しいと断定せず、問題中の条件や別の証拠に戻ります。読み取れないところを無理に埋めないことも、地層の問題を解く手順です。

練習：情報を選んで読み取る

次の4問は自作の条件です。厚さは各地点の柱状図で測った値とします。地層は逆転していません。

地点Dでは上から砂岩3 m、同じ特徴を持つ火山灰層2 m、泥岩6 mが重なります。火山灰層の上面と下面の深さを、それぞれ整数と単位で答えてください。
地点Eでは上から泥岩2 m、砂岩4 m、Dと同じ火山灰層2 m、れき岩3 mが重なります。Dの火山灰層の上面と対応するEの深さを整数と単位で答え、その根拠を1文で書いてください。
ある地層からサンゴの化石が見つかりました。元の生活場所に堆積したものとすると、当時どのような環境だったと考えられますか。場所の特徴を短い文で答えてください。
下から泥岩、砂岩、火山灰層が重なり、その3層を断層が切っています。さらにその上に、断層に切られていないれきの層が堆積しました。泥岩の堆積、火山灰層の堆積、断層、れきの層の堆積を古い順に並べてください。

答えとたどり方

上面は3 m、下面は5 mです。上の砂岩が3 m、火山灰層が2 mなので、下面までの深さは3 + 2 = 5 mです。5 − 3 = 2 mと戻すと、火山灰層の厚さが条件どおりです。泥岩の6 mは下面より下にあるため、下面の深さには足しません。
6 mです。Eの火山灰層の上面までは泥岩2 mと砂岩4 mなので、2 + 4 = 6 mです。同じ特徴を持つ同じ火山灰層の上面どうしが対応することが根拠です。下面は6 + 2 = 8 mで、8 − 6 = 2 mとなり、Eの火山灰層の厚さに戻ります。Dの上面の深さ3 mとは異なっても、鍵層による対応は変わりません。
暖かく浅い海だったと考えられます。サンゴの生活環境を堆積当時に結び付ける問題です。元の生活場所で堆積したという条件に戻すと、別の場所から運ばれた可能性をこの設問では考えなくてよいことを確かめられます。サンゴを時代の数字に置き換えることはできません。
泥岩の堆積、火山灰層の堆積、断層、れきの層の堆積の順です。間に砂岩の堆積もありますが、問いで指定された4つを並べます。下の泥岩が先にでき、火山灰層まで重なった後に断層が3層を切りました。その後にれきが積もったので、れきの層は断層に切られていません。順序を図に戻すと、切られた層と切られない層の条件に合います。