高校地学 火成岩の成分分類—組織とは別の軸で鉱物の組合せを比較して読み解く｜武蔵野個別指導塾

黒い斑晶だけで岩石名を決めず、石基と鉱物の組合せや組織を別々に調べる、岩石全体の成分分類です。

よくあるのは、高校生が標本の黒い斑晶を見つけ、その粒だけで岩石名を決める場面です。同じような有色鉱物を含んでも、周囲の石基やほかの鉱物の組合せは異なります。まず岩石全体を見て、次に成分と組織を別々に記録すると、名前を選ぶ根拠と、まだ足りない情報が見えてきます。

名前を選ぶ前に記録すること

火成岩はマグマが冷えて固まった岩石です。名前を問われたら、何の鉱物がどの程度含まれるかという組成と、結晶の大きさや並び方という組織を分けます。観察問題では、粒の色をそのまま鉱物名に変えず、同定された種類と岩石全体での割合を拾います。計算問題では、何を分母にした割合かを確かめてから比較します。記述問題では、組成に関する証拠と組織に関する証拠をそれぞれ挙げ、答えの限界も添えます。

火山岩と深成岩を比べると、組成が大まかに対応していても組織が異なる組があります。逆に、組織が似ていても成分は異なります。この二方向を区別することが、分類表を丸暗記するより有効です。ここでは代表的な火成岩の比較を扱い、火山地形や噴火の被害には立ち入りません。

2つの軸で岩石を見る

組成は、岩石がどんな物質からできているかを表します。鉱物組成は鉱物の種類と割合、化学組成は元素や酸化物として表した全体の成分です。たとえば二酸化ケイ素をSiO₂として表した量は化学組成の指標です。石英の粒の量と、岩石全体のSiO₂の量は同じものではありません。長石などにもケイ素と酸素が含まれるからです。石英が見えないという観察から、SiO₂が存在しないとは言えません。

組織は、結晶の大きさや形、互いの配置です。典型的な火山岩には、大きめの結晶である斑晶が細かい石基に囲まれた斑状組織が見られます。石基には細かい結晶や火山ガラスが含まれることがあります。一方、典型的な深成岩は、互いに組み合った比較的大きな結晶からなる等粒状組織を示します。ただし、火山岩でも斑晶が目立たないものがあり、粒の大きさだけで冷却時間や形成場所を一意には決められません。

図1のように、横方向に組成の代表的な違い、縦方向に組織の違いを置きます。流紋岩と花崗岩、安山岩と閃緑岩、玄武岩とはんれい岩が、高校で扱う代表的な対応です。上と下が同じマグマから必ずできたという意味ではなく、組成が大まかに似たものどうしを対比しています。

一般に流紋岩や花崗岩の側はSiO₂に富み、石英や長石などの無色鉱物が多い傾向です。玄武岩やはんれい岩の側は相対的にSiO₂が少なく、輝石やかんらん石などの有色鉱物が多い傾向です。中間には安山岩と閃緑岩を置きます。いずれも傾向であり、ある鉱物の有無や色だけから必ず決まる規則ではありません。無色・有色は造岩鉱物の大まかな区分であり、標本表面の見かけの色だけで鉱物を同定する意味ではありません。

化学組成の連続的な変化を学習用に区分するとき、境界に近い標本もあります。厳密な分類には適切な分析や基準が必要です。また、火山岩の細かい石基やガラスの分も含めた全岩の組成と、目に見える斑晶だけの組成は区別します。観察できない部分をゼロと数えると、全体の比率が偏るためです。図の背景色は分類の区画を示す模式色で、岩石の実際の色を表しません。

基本例題：同じ組成の欄を探す

次は自作の分類資料です。組成の欄は、全体の分析と鉱物の組合せから大まかに判定済みとします。Aは石英・長石が多い側、Bはその中間、Cは輝石などの有色鉱物が多い側です。XはAの組成で斑状組織、YはAの組成で等粒状組織です。図2の矢印は組成が対応する欄を結び、矢印の色は岩石の色ではありません。

問いは、XとYの岩石名をそれぞれ答え、対応の理由を1文で述べることです。組成の欄と組織の両方を使ってください。

1. XとYは、ともにAなので石英・長石が多い側です。
2. Xの斑状組織を、典型的な火山岩の欄に置きます。
3. Yの等粒状組織を、典型的な深成岩の欄に置きます。
4. Aの火山岩は流紋岩、Aの深成岩は花崗岩です。

答えはXが流紋岩、Yが花崗岩です。両者は大まかな組成が対応し、組織が異なります。逆に答えを表に戻すと、流紋岩はAの火山岩、花崗岩はAの深成岩になり、与えられた2条件をともに満たします。黒い粒があるかどうかは問題の決め手ではありません。

別の手順では、先に斑状組織から火山岩、等粒状組織から深成岩を選び、その後にAの組成で候補を絞ります。どちらの順でも、2軸の交点を選ぶ点は同じです。もしXの石基の情報がなく、黒い斑晶の存在しか与えられていなければ、Aという前提がないので同じ答えを確定できません。

標準例題：部分と全体の割合を区別する

次の数値は自作問題の条件です。火山岩Pの観察面を、同じ大きさの区画100個に分け、各区画は同定された主な成分で代表させました。斑晶に当たる区画は20個で、その内訳は斜長石12個、輝石8個です。残る石基80個の主成分は、無色鉱物に分類した区画が60個、有色鉱物に分類した区画が20個です。斜長石は無色鉱物、輝石は有色鉱物とします。ここでは全区画を確実に分類でき、ガラスや空隙はないものとします。

斑晶内の有色鉱物の割合と、観察面全体の有色鉱物の割合をそれぞれ百分率で求め、整数で答えてください。この割合だけで岩石名を確定できるかも述べます。

斑晶の中では、有色鉱物に当たる区画は8個です。分母は斑晶の20個なので、8/20・100 = 40％です。全体では、斑晶の8個と石基の20個を合わせて28個です。分母は100個なので、28/100・100 = 28％です。斑晶の40％をそのまま岩石全体に移すと、石基の大部分を無視することになります。

逆に確かめると、20個の40％は8個、100個の28％は28個で、それぞれ与えられた区画数に戻ります。無色鉱物も12個と60個を合わせて72個で、有色の28個との合計は100個です。別解として、斑晶の有色分8個と石基の有色分20個を先に足し、最後に全区画数で割っても同じ結果になります。

この表は面積を区画数で近似した資料です。全岩の化学組成や、分類上必要な鉱物の詳細な量比は与えていません。有色鉱物の割合だけでPの岩石名を確定することはできません。同じ割合でも無色鉱物の種類や石基の化学組成が異なりうるからです。面で得た割合をそのまま質量割合として読むこともできません。

発展例題：証拠を増やしても残る限界

標本QとRはともに斑状組織を示します。学校で用意した薄片の複数の視野を観察し、同じ方法で同定したところ、Qには斜長石と輝石が見られ、Rには斜長石と角閃石が見られました。両方とも石基は細かく、一部はガラスです。全岩の化学分析と石基の定量は行っていません。問いは、2標本が同じ岩石名かどうかを決められるか、また判断に役立つ追加資料を2つ挙げることです。

斑状組織から、どちらも典型的な火山岩の組織を示すと言えます。しかし、斑晶の鉱物が一部わかっただけでは、見えていない石基を含む全体の組成が定まりません。同じ名前とも違う名前とも決められない、が答えです。全岩の化学分析と、石基も含む鉱物の種類・割合を調べる資料が追加の候補です。石基にガラスがあるため、鉱物の量を数えるだけではガラス中の成分を直接表せないことにも注意します。

観察を設計するなら、風化や変質の少ない面を選び、複数の場所から代表的な試料を得て、同じ倍率と方法で視野を選びます。大きな斑晶の近くだけを数えれば斑晶が過大になり、端や割れ目ばかりを見れば別の偏りが入ります。薄片の向きによって粒の断面は変わるので、複数視野を比べ、粒の同定に自信がない区画は不明として記録します。薄片の準備や観察は学校の指導の下で行い、岩石を破砕する手順はここでは扱いません。

機器による分析でも、混入物、風化、試料の不均一さや測定誤差を点検します。異なる部分で結果が食い違った場合は、平均値だけを出して差を消さず、試料選択や変質を確認します。未知の鉱物を無色鉱物にまとめたり、ガラスを鉱物と数えたりすると、根拠のない精密さが生じます。追加資料が得られない場合は候補を保留し、何が不足しているかを答えることが適切です。

たとえば、横軸を全岩のSiO₂の割合、縦軸を有色鉱物の割合とした散布図では、各点がどの試料を表すか、単位と測定対象が一致するかを先に見ます。全体として右側ほど有色鉱物が少ない傾向があっても、個々の点にはばらつきがあります。点が重なれば2試料の数値が近いことは読めますが、組織や形成場所まで同じだとは読めません。軸の向きが逆の図では、右に行く意味も逆になります。数値境界が示されないグラフから岩石名の厳密な境目を作らないことも必要です。

誤答を直す：黒い粒から名前へ飛ばない

「黒い斑晶があるので玄武岩です」という答えは、斑晶の一部分を全体の組成とみなしています。色は同定の手がかりの1つですが、黒く見える鉱物には複数の候補があり、別の岩石にも有色鉱物は含まれます。表面の風化や光の当たり方も見かけを変えます。

図3のように、黒い粒の観察を出発点にして、粒の同定、石基を含む全体の組成、組織の順に証拠を集めます。途中の情報が欠ける場合は岩石名の確定を保留します。図の色は手順を区別する模式色です。

別の誤りは「粒が大きいからSiO₂が多い」という判断です。粒の大きさは組織に関わる情報であり、成分の量を直接示しません。組織を記録した後、鉱物の組合せや化学分析という別の証拠を調べます。また「石英がないのでケイ素がない」と書くのも誤りです。石英以外の鉱物やガラスにもケイ素が入りうるため、鉱物名と化学成分を別の欄に書き直します。

練習：資料を読んで根拠を残す

以下の数値や観察条件は、練習のために作ったものです。割合は特に指定がなければ整数の百分率で答えます。岩石名を問う問題は、本文の代表的な対応を用います。

1. 標本Sは、石英・長石が多い側と有色鉱物が多い側との中間の組成で、結晶が組み合う等粒状組織を示します。岩石名と、それぞれ組成と組織に対応する根拠を答えてください。
2. 標本Tは、有色鉱物が多い側の組成で、斑状組織を示します。対応する深成岩の名とTの岩石名を答えてください。
3. 標本Uの同じ大きさの区画を50個数え、斑晶は10個、そのうち有色鉱物は6個でした。残る石基40個には有色鉱物が9個あります。斑晶内と観察面全体の有色鉱物の割合をそれぞれ求めてください。全区画は確実に分類済みで、空隙やガラスはないものとします。
4. 標本VとWのうち、Vは輝石を含む斑状組織、Wは輝石を含む等粒状組織です。ほかの鉱物や全岩組成は不明です。両者が組成の対応する組かどうかを答え、その理由と追加したい観察を1つ述べてください。
5. ある散布図では、横軸が左から右へSiO₂の割合が大きくなり、縦軸が下から上へ有色鉱物の割合が大きくなります。点Dは点Eより右かつ下です。図から読める2種類の大小関係と、この図だけでは決められないことを1つ答えてください。

練習の答えと解き方

1. 閃緑岩です。中間の組成と、等粒状組織という深成岩の特徴を合わせます。閃緑岩を対応表に戻すと両条件を満たします。組成だけでは安山岩も候補なので、組織が必要です。
2. Tは玄武岩、対応する深成岩ははんれい岩です。有色鉱物が多い側で、斑状組織なら代表的な火山岩は玄武岩です。はんれい岩を対応表に戻すと、同じ側の深成岩に入ります。対応は成分の大まかな類似を意味し、同じ岩体に由来する証拠ではありません。
3. 斑晶内は6/10・100 = 60％、全体は(6 + 9)/50・100 = 30％です。60％を10個に戻すと6個、30％を50個に戻すと15個で、6個と9個の合計に一致します。残りの無色鉱物は35個で、全50個に戻ることも確かめられます。
4. 決められません。輝石を共通に含むことだけでは、他の鉱物や石基を含む組成全体が似ているとは限らないからです。たとえば両者の鉱物の種類と割合を、石基も含めて調べます。組織の違いは観察条件に合いますが、それは組成の対応を保証しません。
5. DはEよりSiO₂の割合が大きく、有色鉱物の割合が小さいと読めます。点の位置を軸へ戻すと、右が大きいSiO₂、下が小さい有色鉱物の割合です。組織が図に示されていないので、火山岩か深成岩かは決められません。2つの割合が同じでも他の成分まで同じとは限りません。

手元に残す整理

組成は鉱物の種類・割合や化学成分、組織は結晶の大きさと配置です。 流紋岩と花崗岩、安山岩と閃緑岩、玄武岩とはんれい岩を代表的に対応させます。 斑晶だけでなく石基やガラスを含む岩石全体を考えます。 観察の不足や境界付近では、名前の確定を保留します。

つまずきの位置を見つける

個別指導で確かめるなら、まず標本の記録を「見えたこと」と「そこからの推定」に分けます。黒い粒を見たという記録から、鉱物名をどの性質で決めたかをたずねます。次に組織の根拠と組成の根拠を別々に言葉にし、火山岩か深成岩か、どの組成に近いかを表の別々の軸へ戻します。

割合で迷ったときは、分母に斑晶だけを置いたのか、観察面全体を置いたのかを区画に印を付けて確認します。答えに分母を掛けて元の個数に戻らなければ、条件の拾い方からやり直します。見えていない石基をどう扱ったかまで説明できれば、岩石名を支える証拠の強さを自分で判定できます。