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高校地学変成条件と岩石循環—原岩と温度圧力の違いから変成の道筋を比較する｜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

高圧低温と低圧高温を見比べ、原岩の成分と地下から露出する経路を分けて変成の履歴を追います。

よくあるのは、地下深くに運ばれた岩石は必ず溶ける、と高校生が考える場面です。深くなると上に重なる岩石の重さによる圧力が増し、温度も変化します。しかし圧力と温度は別々の条件です。岩石は溶けずに鉱物や組織を変えることもあり、その後に地表へ現れます。手元の変成岩を、原岩から現在までの道筋の一部として読んでみましょう。

標本から何を問うか

問題では、まず岩石の鉱物と組織を観察し、原岩や変成条件の候補を説明します。次に、温度と圧力の図を見て、複数の地点や経路を比較します。最後に、地下でできた岩石が地表に出るまでを、隆起と侵食を使って記述します。標本の見た目をそのまま地下の深さや経過時間に読み替えず、資料が与えた条件を明記することが必要です。

たとえば同じ温度でも圧力が異なれば安定しやすい鉱物の組合せは変わります。一方、同じ条件でも原岩の化学組成が違えば、できる鉱物の材料が異なります。観察結果、そこから言えること、ほかに必要な証拠を分けると、言い過ぎを防げます。以下の図や数値は比較のための自作条件で、実際の岩石の測定値ではありません。

岩石が経験する条件を分ける

変成作用は、既存の岩石が地下で温度や圧力の変化などを受け、主に固体のまま鉱物の組合せや組織を変える作用です。再結晶によって結晶の大きさや形、配列が変わることがあります。部分的に流体が関わる場合もあります。これに対し、岩石が溶けて液体のマグマを生じることは溶融です。変成作用の説明に「一度すべて溶ける」という過程を加える必要はありません。

石灰岩が変成されると、主に方解石からなる大理石になることがあります。石英に富む砂岩からは珪岩ができます。いずれも原岩に含まれる成分が出発点です。泥質の岩石では、条件に応じて複数の鉱物が生じ、鉱物の配列が目立つこともあります。名前は原岩と変化の両方を考える手掛かりですが、色だけで鉱物を同定することはできません。粒の形、割れ方、組合せなどを合わせて調べます。

図1のように、横軸を温度、縦軸を圧力として相対的な条件を置きます。右へ行くほど高温、上へ行くほど高圧です。AはBに比べ高圧低温、BはAに比べ低圧高温です。この表現は比較であり、どちらか一方の値だけを見て決める言葉ではありません。図の位置は概念を示し、実際の温度や圧力の数値や鉱物の境界を表しません。

図1のAとBの違いは、地下の熱の伝わり方や岩石が移動する場所の違いと結びつけて考えられます。冷たい岩石が深く運ばれる場では、温度の上昇に比べて圧力が大きくなる経路がありえます。火成岩体の周囲では熱の影響を受け、比較的低圧で高温になる場合があります。ただし位置だけで条件を確定するのではなく、鉱物の組合せと周囲の地質を照合します。

圧力は全方向からの押す作用として考え、方向による応力の差とは区別します。平たい鉱物などが並ぶと片理ができることがありますが、堆積物が重なってできる層理とは成因が異なります。両者が平行になる場合もあるため、縞の向きだけでどちらかを決めず、粒子の境界や鉱物の配列を観察します。片理の強さを圧力の値そのものとして読むこともできません。

地下の岩石は隆起によって地表に近づき、上を覆う岩石が侵食されると露出しえます。隆起と露出は同じ出来事ではありません。隆起しても覆いが残れば見えず、露出後には風化や侵食を受けます。削られた粒子は運搬・堆積され、固結して堆積岩となり、さらに変成されることもあります。火成岩、堆積岩、変成岩の間には複数の道筋があり、必ず決まった順に一周するわけではありません。

基本例題: 2つの条件を比較する

自作資料では、同じ種類の原岩から出発した岩石PとQが、図2のP点とQ点に示す条件を経験しました。横軸は右ほど高温、縦軸は上ほど高圧です。両点の温度と圧力をそれぞれ比較し、高圧低温の側を記号で答え、根拠を2文で書いてください。図は相対的な位置を示し、目盛りや実測値はありません。

図2ではPがQより左にあるので、Pの温度はQより低いと読みます。PはQより上にもあるので、Pの圧力はQより高いと読みます。したがって答えはPです。答案は「PはQより低温で、圧力はQより高い。したがってPはQに対して高圧低温である」と書けます。

向きを逆に読み直す検算も有効です。QはPより右下ですから、QはPより高温かつ低圧です。2つの比較は矛盾しません。両者の原岩が同じという条件は、原岩の違いを比較から取り除くために置きました。ただし、この図だけでは鉱物名や最高温度を決められず、点に至る順序や地表へ戻る経路も決まりません。

標準例題: 原岩の違いを残す

ある地域の自作資料では、互いに隣接する石灰岩と石英に富む砂岩が、同じ変成条件を受けたとします。前者には方解石の結晶が組み合わさった岩石、後者には石英の結晶が組み合わさった岩石が見られます。2つの岩石の名称を順に答え、同じ条件なのに構成鉱物が異なる理由を説明してください。

石灰岩を原岩とする方は大理石、砂岩を原岩とする方は珪岩です。原岩に含まれる成分が違うため、同じ温度と圧力を受けても材料となる元素の組合せが違う、と説明します。答えを条件へ戻すと、方解石が多い石灰岩と石英に富む砂岩という出発点にそれぞれ対応します。色が似ているかどうかは、この判定の根拠に含めません。

別の考え方では、先に観察された鉱物を原岩へ対応させ、それから再結晶後の岩石名を選びます。岩石名を先に暗記して選ぶ方法と同じ結論になります。ただし天然の岩石では不純物や流体の移動などもあり、原岩の情報が失われている場合があります。構成鉱物だけで原岩や条件が一意に決まるという一般化はできません。

発展例題: 点と経路の違い

自作の経路図で、岩石Rは出発点から圧力が増す間に温度も上がり、その後は圧力が減る間に温度も下がりました。岩石SはRと同じ出発点と最終点を通りますが、途中ではRより高温の領域を通ります。両者の最終点が同じなら経験した条件も同じだという主張を検討し、判断と理由を答えてください。経路の各位置は時間順に並ぶという条件です。

主張は成り立ちません。終点は同じでも、途中にRより高温の条件を経験したSがあるからです。出発点と終点が共通という条件へ戻しても、途中の違いを消すことはできません。別解として、終点の一致は最後の条件の一致を意味する一方、経路上の点の一致までは意味しない、と対比できます。最高温度の正確な値や到達時刻はこの資料からは求められません。

実際の標本には、後の変化で先の鉱物が置き換わり、古い記録の一部が残らない場合があります。逆に結晶の内部に残った鉱物が、外側とは異なる段階を示すこともあります。どの鉱物がどれを囲むか、どの部分が変質しているかを調べ、複数の証拠から順序を考えます。現在見える組合せが全経路を保存していると仮定してはいけません。

観察を設計するなら、同じ地域で位置と原岩の違いを記録して複数の標本を比べます。薄い切片で鉱物の組合せと境界を観察し、肉眼での記載と照合します。切片の向きによって配列の見え方が変わること、風化や試料の偏りで鉱物を見落とすことが誤差の原因です。別方向の切片や新鮮な標本も照合し、見えなかった鉱物を最初から存在しなかったと断定しません。採取や切片作製は学校の指導の下で行います。

グラフでは軸の向き、点の位置、矢印の時間順を別々に確認します。圧力の低下は常に温度の低下を意味せず、経路によって温度が上がる場合もあります。軸の単位や目盛りが与えられなければ差の実数値を求められません。矢印がない線は通過順を示さないので、逆向きの履歴も候補として残します。

誤答を根拠から直す

誤答「深くなった岩石は必ず溶け、冷えて変成岩になる」。この考えでは、変成と溶融を区別せず、深さから温度を一意に決めています。図3のように、固体のまま鉱物や組織が変わる道と、溶融してマグマになり冷えて火成岩になる道を分けます。深部であっても温度や圧力、岩石の成分などによって状態は異なります。

図3の矢印は可能な道の例で、必ず両方を順に通るという意味ではありません。部分的な溶融が起こる場合もありますが、変成岩のすべてが溶融を経たとは言えません。修正した答案は「岩石は温度や圧力の変化により固体のまま変成されることがあり、溶融とは区別する」です。

もう一つの誤答は「現在地表にあるので、変成も地表で起きた」です。現在の位置と変成時の位置を混同しています。変成時の条件を鉱物などから推定し、地表に出るまでの隆起と侵食を別に記述します。ただし露出の詳しい順序や速度は、標本1個だけからは決まりません。観察していない過程は候補として扱います。

練習: 観察と条件をつなぐ

次の5問は自作条件です。数値は比較用の目盛りであり、実際の温度や圧力の測定値ではありません。問題を解いた後で解答を読んでください。

図の横軸は右ほど高温、縦軸は上ほど高圧です。点Uは横の位置2、縦の位置5、点Vは横の位置6、縦の位置3です。UとVのうち、相手より高圧低温なのはどちらですか。記号と2つの根拠を答えてください。
同じ変成条件を受けた2つの原岩について、片方は石灰岩、もう片方は石英に富む砂岩です。再結晶後の代表的な岩石名を原岩の順に答え、異なる岩石になる理由を1文で書いてください。
地下で変成された岩石が隆起した後も、上に厚い岩石が残っています。露出したと判断できますか。理由と、露出に関わる追加の過程を答えてください。
同一の始点と終点を持つ経路CとDがあります。途中でCはDより高い圧力を経験しました。終点が同じことから、経験した最大圧力が同じと断定できますか。理由を答えてください。なお、途中以外の点での圧力は与えられていません。
ある標本の縞を見て、すべて堆積時の層理だと判定しました。別の可能性を1つ挙げ、それを検討するための観察を1つ答えてください。

練習の答えと解き方

Uです。横位置2は6より左なのでUは低温、縦位置5は3より上なのでUは高圧です。逆にVはUより高温低圧となり、元の位置と一致します。目盛りの差を実際の温度差や圧力差には換算できません。
大理石、珪岩です。原岩の主な構成成分が異なり、同じ条件でも再結晶に使われる材料が異なるためです。石灰岩と方解石、石英に富む砂岩と石英の対応に戻して確かめます。実際には不純物の影響も調べます。
判断できません。隆起後も覆う岩石が残るという条件は、地下の変成岩がまだ見えていない可能性を残すからです。上の岩石が侵食で取り除かれる過程を考えます。隆起の有無だけで露出を決めないことが要点です。
断定できません。途中でCの圧力がDより高い点はありますが、Dが別の時点でさらに高い圧力を経験した可能性も、Cの最大圧力が高い可能性も残ります。始点と終点が同じという条件にも反しません。各経路の全区間について圧力を比べる必要があります。
鉱物の配列による片理の可能性があります。薄片で平たい鉱物の向きと粒子の境界を調べ、堆積粒子の重なりを示す証拠と比べます。縞の存在という条件はどちらでも満たすので、縞だけでは判定できません。複数方向からの観察も有効です。