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高校地学変成作用と再結晶—溶融との違いを原岩と鉱物の変化から説明できるようにする｜武蔵野個別指導塾

公開 2026.11.13更新 2026.11.13武蔵野個別指導塾の特徴地学を掘り下げる岩石と地質・地球の歴史

石灰岩や砂岩の粒の変化を比べ、固体中の再結晶と溶融を区別する根拠を読み取ります。

よくあるのは、変成作用を受けた岩石は一度すべて溶けてから固まった、と高校生が記述する場面です。熱を受けた岩石に新しい結晶が見えると、マグマが冷えてできた結晶と同じ道筋を考えたくなります。しかし、結晶が成長するために、岩石全体が液体になる必要はありません。原岩の粒と変化後の粒を比べ、何が観察でき、どこからが推定なのかを分けてみましょう。

岩石の変化をどの順に読むか

変成岩の問題では、まず観察した鉱物や組織を書き出し、次にその特徴と原岩との関係を考えます。石灰岩を主に構成する方解石が組み直され、大理石になる場合と、石英に富む砂岩の粒が再結晶して珪岩になる場合が代表例です。どちらも、名前を対応させるだけでは、なぜ変成岩と呼ぶのかを説明できません。

問われ方は大きく分けると、粒の境界や鉱物の組合せを読む観察、固体中での変化を言葉にする記述、複数地点の資料から原岩と変成の関係を吟味する考察です。記述では「熱を受けた」だけでは不十分です。熱や圧力などで条件が変わり、固体の岩石の鉱物や組織が変化することまで書きます。液体から結晶化する火成作用とは経路が異なります。

一方、標本が似ていても、それだけで元の岩石や温度の値が一意に決まるわけではありません。試料の出所が不明なとき、鉱物を同定できないとき、観察範囲が狭いときには、別の候補や追加の観察を記します。ここでは温度や圧力の実数値から岩石名を決める計算は扱わず、観察と成因を結びつける練習をします。

固体の中で粒が組み替わる

変成作用は、すでにできた岩石が、それまでと異なる温度や圧力などの条件に置かれ、主として固体のままで鉱物の種類や組織を変える作用です。元の岩石を原岩と呼びます。熱や圧力は一緒に変わることもあり、周囲に存在する流体も反応や物質の移動に関わります。条件を変える原因が何かと、実際に岩石に残った変化とは区別して考えます。

図1のように、原岩の結晶は粒の境界が移動したり、既存の鉱物が成長したりして組織を変えます。これを再結晶といいます。固体の中で原子や成分が移動して結晶の配置が変わるため、見かけが変わっても岩石全体が溶けたことにはなりません。条件や成分によっては、元の鉱物が反応して別の鉱物ができることもあります。再結晶と鉱物の生成は、どちらも変成作用を考える手掛かりです。

図1の矢印は、固体の変化と液体を経る変化を別の経路として表しています。図の色は区別のための模式色で、岩石の実際の色ではありません。変成の途中で部分的な溶融が起きるような条件もありますが、それを「変成作用では必ず全部溶ける」と一般化することはできません。部分的に液体を生じたかどうかは別に証拠を調べる必要があります。

石灰岩は主に方解石からなる堆積岩です。殻などの形が残るものや、細かな粒が集まるものがあります。変成を受けると方解石の結晶が組み直され、互いにかみ合う粒の集まりになった大理石ができます。元の殻の形が消えることもありますが、必ず消えるとは限りません。原岩に含まれる他の成分によっては、方解石以外の鉱物が現れる場合もあります。

石英に富む砂岩では、堆積した砂粒と粒の間を埋める物質を観察できることがあります。変成によって石英が再結晶すると、粒の境界が組み直され、石英の結晶がかみ合う珪岩になります。砂岩中の石英が別の鉱物に一斉に変わるという意味ではありません。珪岩には石英に富む原岩からできたものを想定しますが、標本の石英が多いという情報だけで、元が必ず砂岩だったと断定するのは避けます。

鉱物の種類は成分や結晶構造に関わり、組織は粒の大きさ、形、配列や境界の様子を表します。同じ方解石が多くても、粒の配列は石灰岩と大理石で異なりえます。逆に、似た粒の見え方でも鉱物が異なることがあります。色は不純物などにも左右されるので、白いという特徴だけで方解石や石英とは決めません。鉱物の性質を複数照合し、必要なら薄片を偏光顕微鏡で観察します。

方向によって力のかかり方が異なる条件では、板状などの鉱物の配列に方向性が生じ、片理が見られる変成岩もあります。堆積時にできた層理とは成因が違います。層理が残っているか、変形しているか、片理とどの向きで交わるかを別々に記録します。片理が目立たない変成岩もあるので、方向性が見えないことだけを理由に変成を否定できません。

基本例題：石灰岩と接する結晶質の岩石

自作資料です。同じ露頭で、岩石Aから岩石Bへ連続して移り変わる境界を観察しました。Aには方解石が多く、殻の形と細かな粒が見えます。Bにも方解石が多く、かみ合う結晶が見えます。Bでは殻の形は見つかりません。境界付近では原岩の層の並びを追えます。方解石の同定は複数の性質と薄片観察で確認済みとします。

問：AとBをそれぞれどの岩石と考えられますか。またBの成因を、原岩と物質の状態に触れて2文で説明してください。殻が見えないことだけで変成の原因まで断定できるかも答えてください。

図2のように、Aには堆積物の名残となる殻の形があり、方解石が多いので石灰岩と考えます。Bは同じ鉱物に富み、結晶がかみ合う組織を示すため、大理石と考えられます。模式色は実物の色を示さず、殻と結晶の違いを見やすくするものです。層の連続性も、Bの原岩がAに似た石灰岩だったという推定を支えます。

答えの例は次のとおりです。「Bは石灰岩を原岩とし、熱や圧力などの変化を受けてできた大理石と考えられます。主として固体の状態で方解石が再結晶し、結晶の組織が変化しました。」殻が見つからない事実は組織の変化と整合しますが、それだけで熱源や圧力の経路は決められません。接触部や周囲の分布など、独立した証拠が必要です。

答えを元の条件に戻してみます。大理石の方解石はAの主要鉱物と対応し、再結晶によってBのかみ合う粒を説明できます。岩石全体を液体にしたという条件を加えなくても説明は成り立ちます。ただし、観察していない微小な部分も含めて一度も溶けなかったと、この資料だけで証明したわけではありません。観察から支持される標準的な道筋と、資料が保証する範囲を分けて書きます。

別の考え方は、まずBの鉱物と組織から大理石を候補にし、次に境界を追ってAとの関係を確かめる方法です。どちらの順序でも鉱物の確認と連続性が必要です。Bの組織だけを見て石灰岩以外の原岩の可能性を消すことはできません。比較する地点が離れ、間が観察できなければ、原岩の推定には別の証拠が要ります。

標準例題：石英の粒と原岩を照合する

自作資料の標本Cは、石英の丸みを帯びた砂粒と、その間を埋める物質が見える岩石です。標本Dは、石英の結晶が互いにかみ合い、元の粒の輪郭が一部で不明瞭です。両標本は連続する同じ岩層から採られ、間に少しずつ組織が変わる部分も観察できました。石英の同定は複数の性質と薄片で確認済みです。

問：CとDの岩石名を順に答え、Dの組織ができる過程を固体という語を使って説明してください。石英が多いという情報だけで、Dの原岩を特定できるかも答えてください。

Cは石英に富む砂岩、Dは珪岩と考えられます。砂岩の石英が主として固体のまま再結晶し、粒の境界が組み直されて、かみ合う結晶になったと説明します。石英が多いことは成分の情報ですが、砂岩を原岩とすることは連続する岩層と途中の組織の変化も合わせて推定します。石英が多いという事実だけでは他の石英に富む原岩を排除できません。

この答えを条件に戻すと、Cに砂粒が見えること、Dに石英の結晶が見えること、両者の間に漸移があることと矛盾しません。もしDがラベルのない単独の標本なら、珪岩の候補は挙げられても、連続性を根拠にした原岩の特定はできません。きれいに残った砂粒がないことも、原岩が砂岩ではなかった証拠とは限りません。

発展例題：観察できない区間をどう扱うか

自作資料です。ある地点では方解石を主とする堆積岩Eが見え、離れた地点には方解石の結晶がかみ合う岩石Fがあります。間は土に覆われています。地図には近くに火成岩体が描かれていますが、Fと岩体の接触部は見えません。EとFはよく似た色をしています。鉱物の同定は確認済みとします。

問：Fについて言える岩石名と、EがFの原岩であること、およびFが火成岩体の熱で変成したことの確からしさを、それぞれ理由とともに述べてください。追加する観察を2つ挙げてください。

Fは方解石に富む結晶質の組織から大理石が候補です。ただし、EとFの間が見えないため、Eそのもの、またはEと連続する岩石がFの原岩であるとは確定できません。火成岩体が近いことも熱源の候補にはなりますが、接触部が見えず、変成した範囲と岩体の関係がわからないため、接触変成とは断定できません。色が似るという情報は鉱物名や連続性の証明にはならないからです。

追加観察の例は、露出している別の場所でE側からF側へ岩層と組織の変化を追うこと、岩体の周囲で変成の程度と接触部の関係を調べることです。複数の地点を使い、岩相や層の向きも記録します。連続性が見つかれば原岩の候補を絞れますが、見つからなければ保留します。接触部付近に変化が集中する場合も、原岩の違いや別の変成作用による影響を検討します。

この答えは、EとFに共通して方解石が多いという条件を満たしながら、間が見えないという欠落も残しています。別の方解石に富む岩石がFの原岩だった可能性や、広い範囲の変成作用の可能性は、この資料だけでは消せません。空白を都合よく線で結ぶより、「候補」と「確定できない部分」を分けることが、地質の資料を扱うときの答案になります。

比較の設計と記録の限界

観察を計画するときは、原岩の候補から変成岩へ向かう地点を複数選び、採取位置と岩層の関係を先に記録します。標本は新鮮な面と風化した面を区別し、同じ倍率や観察方法で鉱物と組織を比べます。薄片では観察面の向きによって粒の形や配列が違って見えるため、複数の向きや視野を確かめます。露頭での採取や薄片の作製は、学校の指導の下で行います。

比較を邪魔する要因には、原岩の成分の違い、風化、後の変形、観察面の偏りがあります。例えば粒が細かい標本で境界が見えないとき、結晶がないと記録すると誤ります。「この倍率では境界を識別できない」と書き、倍率を変えたり薄片を用いたりします。破損して出所が混ざった標本は比較に戻さず、記録と対応を確かめ直します。

変化をグラフで読む場面では、横軸が接触部からの距離、縦軸が観察できた結晶の平均的な大きさなど、何を測ったかを確認します。近づくにつれて大きくなる傾向があっても、粒の大きさは原岩や観察面にも左右されます。大きさの変化をそのまま温度の値に換算せず、複数の鉱物と組織、観察地点の配置を合わせて判断します。測れない点をゼロとして描くと傾向が変わるため、欠測として区別します。

複数の視野を同じ方法で測り、ばらつきを記録する設計なら、たまたま大きい結晶を含んだ視野の影響に気づきやすくなります。それでも標本全体を代表する保証はありません。観察が時間内に終わらなかったときは、未観察の視野を除いた範囲で結果を示し、十分な比較ができたかを判断します。必要な道具が使えない場合も、目で見えた色だけで鉱物名を埋めず、同定を保留します。

誤答を直す：結晶があるから溶けたのか

誤答は「大理石には結晶があるので、石灰岩が全部溶けて固まった」です。結晶という結果だけから、液体を経たという過程を追加していることが原因です。図3のように、結晶の存在と、溶融したという証拠を別に扱います。変成作用の標準的な説明では、固体の中で再結晶が進みます。

図3では、結晶から溶融へ直接つなぐ推論を止め、原岩と組織を調べる道へ戻しています。結晶の境界や鉱物の組合せ、周囲の岩石との関係を記録してから成因を考えます。模式色は考え方を区別するためのもので、実際の岩石の色ではありません。結晶ができたという観察は共通でも、それだけでは固体中の再結晶と液体からの結晶化を区別できません。

別の誤答は「大理石と石灰岩は方解石が多いので、組織も同じ」です。鉱物の種類と粒の並びは別の情報です。元の粒や殻の形が残るか、結晶がかみ合うかを比べれば、同じ鉱物が多い岩石の間にも違いを記述できます。ただし、組織の特徴は標本によって変わるため、1つの見本をすべての標本に当てはめません。

さらに「片理が見える面は元の層の面」という答えにも注意します。片理は変成や変形に伴う鉱物の方向性、層理は堆積の際に生じた重なりです。両者が平行に近いことも交わることもあり、見えている面だけで成因を決めず、鉱物の配列と岩相の重なりをそれぞれ追います。岩石名を答える問題でも、根拠にした観察が何を示すかを最後に点検します。

練習：観察と推定を分ける5問

次の資料はすべて自作です。実在の地点の測定値ではありません。鉱物名が与えられた場合は、複数の性質で同定済みとします。答えは問題の後にまとめてあります。

石灰岩を原岩とする試料Gに、方解石のかみ合う結晶が見えます。Gの岩石名を答え、主として固体のまま起きた変化を1文で述べてください。
石英に富む砂岩と連続する試料Hには、石英の結晶がかみ合い、元の砂粒の境界は見えにくくなっています。Hの岩石名と、原岩の推定を支える観察をそれぞれ答えてください。
試料Iは白い岩石ですが、出所の記録が失われ、鉱物を調べる道具も使えません。大理石と珪岩のどちらかを確定できるか答え、確かめる情報を2つ挙げてください。
広い露頭の試料Jには、変成や変形に伴って板状鉱物が同じ向きに配列した面と、堆積時にできた成分の異なる層の重なりを示す面があります。それぞれの形成過程は確認済みとします。2種類の面の名称を順に答え、同一視できない理由を述べてください。
自作の観察条件では、地点Kから接触部に近づく順に、各地点で10視野ずつ同じ倍率で調べます。鉱物の境界を識別できた視野は、遠い順に2、5、8視野でした。各地点の割合を百分率で答え、未識別の視野の扱いと、この結果だけで言えないことを1つ述べてください。割合は整数で表します。

練習の答えと解き方

大理石です。石灰岩中の方解石が主として固体のまま再結晶し、かみ合う結晶の組織になったと考えます。問題には原岩と主要鉱物の両方が与えられており、どちらも答えと対応します。結晶があることから岩石全体の溶融を加える必要はありません。
珪岩です。石英に富む砂岩とHが連続するという観察が、砂岩を原岩とする推定を支えます。石英の結晶の境界が組み直されたことも再結晶と整合します。連続性の条件を外してH単独にすると、石英が多いことだけで砂岩を原岩と確定できない点が違います。
どちらも確定できません。色が白いことだけでは鉱物を決められず、出所も失われているからです。方解石か石英かを複数の性質や薄片で調べること、元の採取場所や周囲の岩石との関係を記録から確かめることが追加情報の例です。出所が復元できなければ、鉱物と組織を調べた後も原岩の推定に限界が残ります。
順に片理、層理です。前者は鉱物の方向性に表れる変成や変形に伴う面、後者は堆積物の重なりに由来する面です。問題の2つの観察は、鉱物の配列と異なる成分の重なりをそれぞれ示しています。両面が偶然平行でも、成立した過程は同じとは限りません。
遠い順に20%、50%、80%です。各割合は、識別できた視野数を10視野で割って100をかけます。逆に割合を10視野に戻すと2、5、8視野となり、元の観察数と一致します。識別できなかった視野は鉱物が存在しないと数えず、未識別として記録します。この結果は識別できた割合の変化を示しますが、それだけでは結晶の大きさや温度の実数値を決められません。視野の選び方や原岩の違いも調べる必要があります。