高校地学基礎 柱状図と鍵層—標高と厚さをそろえて離れた地層を比べる｜武蔵野個別指導塾

地表の高さが異なる地点で深さを標高に直し、火山灰層の上下を照らして読み解く柱状図と鍵層です。

よくあるのは、離れた2地点の柱状図を見た高校生が、地表から同じ深さにある地層を同時代のものと考える場面です。地表の高さが違えば、同じ深さでも標高は異なります。反対に、同じ火山灰層が違う深さで見つかることもあります。まず学校の範囲表と授業ノート、ワークや小テストの該当箇所を見て、深さの基準や鍵層として扱うものを確かめましょう。ここでは、与えられた柱状図を標高に直して対比する手順を練習します。

問われる形をつかむ

柱状図は、ある地点で地層がどのように重なっているかを、縦の帯に表したものです。地表から掘った記録では、上端がその地点の地表であり、目盛りは地表から下向きの深さを表すことがあります。複数の地点を比べるときは、図の上端をそろえただけで地層の高さがそろったとは限りません。

出方の1つは、地表の標高と深さから境界の標高を求める計算です。地表の標高から深さを引き、求める位置が海面より上か下かにも気を付けます。もう1つは、特徴のある薄い層を手掛かりに、別々の柱状図で対応する地層を探す資料読解です。さらに、対応する層の高さの違いから、条件を付けて傾く方向を答える記述もあります。

解答では、数値だけでなく、その数値が地表からの深さなのか、共通の基準からの標高なのかを明記します。地層の対比とは、離れた地点の地層の対応関係を調べることです。見た目の高さだけを結ぶのではなく、何を根拠に結んだかまで示しましょう。

鍵層を共通の手掛かりにする

図1のように、広い範囲に短い期間で堆積し、周囲と区別しやすい層は、地層を対比する目印になります。このような層を鍵層といいます。火山灰の層は、特徴が確認できれば鍵層として役立ちます。図は地表の高さが異なる2地点を模式的に表し、同じ火山灰層を線で結んでいます。柱の上端ではなく、層の特徴を手掛かりにした線です。

図1のように対応させると、火山灰層の上下にある地層も、その位置関係を手掛かりに比べられます。ただし、同じ色に見えるという情報だけでは、別の火山灰層と区別できないことがあります。問題文に同一の層と判断できる特徴が与えられているかを確かめ、根拠が不足しているときは対比を断定しません。

標高は共通の基準から測った高さで、深さは各地点の地表から下向きに測った距離です。地表の標高を H m、地表からの深さを d m とすると、その位置の標高は H − d m です。地表より深くなるほど標高は下がります。海面より下になれば、標高は負の値で表せます。

層の厚さは、同じ地点で下の境界の深さから上の境界の深さを引いて求めます。標高で考えても、上の境界の標高から下の境界の標高を引けば同じ値になります。深さと標高は向きが逆なので、引く順番を確かめてください。鍵層が厚さを持つ場合は、上面と下面を区別して同じ面どうしを比べます。

地層は場所によって厚さや岩相が変化し、途中で見えなくなることもあります。鍵層が見つからない地点に無理に線を引かず、他の観察情報が必要だと考えます。また、同じ標高にあることも同時代の証拠とは限りません。地層が傾いていれば、同じ層の高さは場所によって変わるためです。

柱状図の上端が途中で切れている場合は、そこを地表と見なしてはいけません。図の目盛りが地表からの深さなのか、標高なのかを先に読みます。掘削が途中で終わっている場合も、図の下端より下の地層については、その図から直接判断できません。与えられた記録の範囲を確認してから、対応を考えます。

地層の面が水平なら同じ面の標高は地点間で等しくなりますが、水平という条件がなければ高さを先に決められません。異なる標高に同じ鍵層があっても、それだけで別の時代の層とするのは早計です。地表の起伏と地層の傾きは別の情報として読み取りましょう。鍵層を結ぶときは、地表を結ぶ線と混同しないことも大切です。

基本例題：深さを高さへ直す

次は計算用に作った条件です。地層は逆転しておらず、同じ特徴を持つ火山灰層は2地点で同一の鍵層です。地点 A の地表は標高 120 m、鍵層の上面は地表から深さ 20 m、下面は深さ 24 m です。地点 B の地表は標高 105 m、同じ鍵層の上面は深さ 15 m、下面は深さ 19 m です。両地点で鍵層の上面と下面の標高、層の厚さをそれぞれ整数と単位で求め、上面がどちらに向かって低くなるか答えてください。

図2のように、A と B の地表をそれぞれの標高に置き、同じ上面どうしを比べます。図は縦の高さを共通の尺度で示し、横方向の距離は模式的です。

まず A の上面は、地表から 20 m 下です。

120 − 20 = 100 m

A の下面は、地表から 24 m 下です。

120 − 24 = 96 m

A の厚さは深さの差から求められます。

24 − 20 = 4 m

標高からも 100 − 96 = 4 m です。上面から下面へ 4 m 下がるので、2つの求め方が一致します。

次に B の上面は、地表から 15 m 下です。

105 − 15 = 90 m

B の下面は、地表から 19 m 下です。

105 − 19 = 86 m

B の厚さは 19 − 15 = 4 m です。標高の差でも 90 − 86 = 4 m となります。上面の標高は A で 100 m、B で 90 m なので、上面は A から B に向かって低くなっています。2地点間で連続し、途中で向きを変えない傾いた面と仮定するなら、B の方向へ傾いていると答えられます。

最後に答えを元の深さへ戻します。A は 120 − 100 = 20 m、120 − 96 = 24 m です。B は 105 − 90 = 15 m、105 − 86 = 19 m です。どちらも条件に戻り、厚さも一致します。図2では同じ上面を結ぶ線が B 側で低くなることも確認できます。

上面の深さだけを比べると、A の 20 m の方が B の 15 m より深いため、A 側が低いと誤解しがちです。しかし深さの出発点は各地点の地表です。地表の標高を含めて計算すると、上面は A の方が高いとわかります。

少し難しい例題：海面より下も扱う

地点 C の地表は標高 18 m、鍵層の上面は深さ 23 m、下面は深さ 28 m です。地点 D の地表は標高 12 m、同じ鍵層の上面は深さ 20 m、下面は深さ 25 m です。地層の逆転はなく、鍵層は連続していて、上面は C と D の間で一定の向きに傾くものとします。両地点の上面と下面の標高および厚さを整数と単位で求め、上面が低くなる方向を答えてください。

C の上面は 18 − 23 = -5 m、下面は 18 − 28 = -10 m です。厚さは 28 − 23 = 5 m です。D の上面は 12 − 20 = -8 m、下面は 12 − 25 = -13 m、厚さは 25 − 20 = 5 m です。負の標高は海面より下を表します。-8 m は -5 m より低いため、上面は D の方向に低くなります。

確認では、C の地表から上面までの差が 18 − (-5) = 23 m、下面までが 18 − (-10) = 28 m になることを見ます。D でも 12 − (-8) = 20 m、12 − (-13) = 25 m です。標高の差は C、D ともに 5 m で、各地点の厚さに戻ります。

分かれ目は、深さが地表の標高を超えたときにあります。0 m で計算を止めず、引き算を続けると負になります。また、2地点の高さの差だけで、途中の面が必ず一定の傾きだとは言えません。この例では連続し一定の向きに傾くという条件があるため、その方向を答えられます。条件がなければ、2地点の上面の高さの比較までにとどめます。

誤答を手掛かりに読み直す

図3のように、地表からの深さが同じという理由で、2地点の層を同じ標高とする答えは誤りです。地点 E の地表が標高 80 m、地点 F が標高 65 m で、ともに深さ 10 m の位置を比べます。誤答は「どちらも深さ 10 m なので標高も同じ」です。

原因は、深さの起点を共通の水平面と取り違えたことです。図3のように、地表自体が異なる高さにあるので、各地点で地表から 10 m 下げた位置はそろいません。E は 80 − 10 = 70 m、F は 65 − 10 = 55 m です。元に戻すと、80 − 70 = 10 m、65 − 55 = 10 m となり、同じ深さであっても標高に差があることを確かめられます。

別の誤りは、鍵層の上面と下面を交差させて結ぶことです。層の厚さがある場合、片方の上面ともう片方の下面は同じ境界ではありません。まず上面に印を付け、上面どうしを結びます。次に下面どうしを結ぶと、厚さと位置関係を別々に点検できます。

鍵層が一方の柱に描かれていない場合にも注意します。記録が途中までしかないなら、その下の存在を判断する資料が足りません。侵食や堆積の状況を示す条件がある場合はそれを読みますが、何も与えられていないのに「存在しない」と決めてはいけません。資料が不足したときに判断を保留することも、正しい読み取りです。

自分で確かめる問題

次の条件と数値は練習用に作ったものです。各地層に逆転はありません。計算は整数と単位で答え、記述では指定された語を使ってください。

1. 地点 G の地表は標高 150 m です。ある層の上面は深さ 32 m、下面は深さ 39 m です。上面と下面の標高、および層の厚さを求めてください。
2. 地点 H の地表は標高 90 m、地点 I の地表は標高 75 m です。両地点で同じ特徴の鍵層の上面はそれぞれ深さ 25 m、20 m にあります。各上面の標高と、低い方の地点を答えてください。鍵層は連続し、間で一定の向きに傾くものとします。
3. 地点 J の地表は標高 14 m で、ある層の上面は深さ 19 m、下面は深さ 22 m です。各境界の標高と層の厚さを求めてください。
4. 地点 K と L の柱状図には、似た色の薄い層があります。色以外の特徴や連続性は示されていません。この2層を同じ鍵層と断定できるか、「特徴」「対比」を使って理由を述べてください。

答えと読み筋

1. 上面は 150 − 32 = 118 m、下面は 150 − 39 = 111 m、厚さは 39 − 32 = 7 m です。標高の差も 118 − 111 = 7 m です。地表へ戻して 150 − 118 = 32 m、150 − 111 = 39 m となり、問題の深さに一致します。

2. H の上面は 90 − 25 = 65 m、I の上面は 75 − 20 = 55 m です。I の上面が低く、条件のもとでは I の方向に傾きます。90 − 65 = 25 m、75 − 55 = 20 m と戻して、与えられた深さを確認します。深さは H の方が大きいのに、標高は H の方が高い点が判断の要です。

3. 上面は 14 − 19 = -5 m、下面は 14 − 22 = -8 m、厚さは 22 − 19 = 3 m です。上面と下面の標高差も -5 − (-8) = 3 m です。14 − (-5) = 19 m、14 − (-8) = 22 m と、両方の深さへ戻ります。負の符号は海面より下を示し、厚さが負になるという意味ではありません。

4. 断定できません。似た色という特徴だけでは別の層の可能性を除けず、同一の層として対比する根拠が不足するからです。特徴をさらに調べ、周囲の層の重なりなども合わせて判断します。似ていることは調べる出発点になりますが、それ自体を対比の確定とはしません。

計算の前には単位がそろっていることも確かめます。地表の標高と深さを同じ単位で扱えば、引き算の結果もその単位の標高です。境界を求めた後は、上下の順序が逆になっていないかを図に戻して見直しましょう。

持ち帰る要点

• 標高は地表の標高から深さを引いて求めます。
• 厚さは上下面の深さの差、または標高の差です。
• 鍵層の特徴を調べ、対応する面どうしを比べます。
• 傾く方向は同じ面の標高と問題の条件から判断します。

答案のどこで止まったか

計算が合わないときは、まず式の左に「上面の標高」など対象を書けているか見ます。地表の標高に深さを足しているなら、鉛筆で地表から下向きの矢印を描き、標高が減ることを確かめます。厚さの符号が逆なら、深さは下面から上面を引き、標高は上面から下面を引く理由を図に戻して説明します。

対比線が引けない場合は、鍵層の特徴を示す条件に印を付け、上面と下面を別々にたどります。個別指導では、答えの数字が合った後も、その数字を元の深さに戻せるか、根拠が足りない資料で断定していないかを答案の横で確かめます。地表を基準にした深さと共通の標高を分けると、柱状図の対応が見えてきます。