共通テスト地学基礎の地層と化石｜柱状図を対比して出来事の順序を決める｜武蔵野個別指導塾

標高の異なる火山灰層を結び、不整合の前後や化石の役割を手がかりに地層を対比します。

よくあるのは、二地点の柱状図で同じ高さの層を線で結び、同時にできたと考えてしまう場面です。地層は堆積した後に傾くこともあり、地点ごとに地表の高さも異なります。目の高さをそろえる前に、どの高さを基準にした図かを読み、広く追跡できる目印を探しましょう。ここでは自作の柱状図と断面の条件を使い、地層と化石から出来事の前後を判断します。

要点（結論から）

• 標高と深さの基準をそろえてから、同じ鍵層を結びます。
• 逆転がない地層では、下から上へ堆積順を読みます。
• 不整合の面は、下の層の後、上の層の前の時間の欠けを示します。

柱状図に重ねる3種類の問い

地層資料の問いには、まず離れた地点の地層を対応させる型があります。特徴の一致した火山灰層を見つけ、その上と下の順序を比べます。地表からの深さで描かれた図では、地表の標高が違うことにも注意が必要です。深さが同じでも、標高が同じとは限りません。

次に、傾いた古い層が削られ、その面を新しい層が覆う断面から、堆積・傾動・侵食・再び堆積という順序を求める型です。境界面を指さしながら、面より前に何が存在し、後に何が重なったかを考えます。

さらに、化石が地層の時代を知る手がかりか、当時の環境を知る手がかりかを選ぶ型があります。実際の地質年代の数字はここでは使いません。目の前の資料で定まる順序と、追加の情報がなければ決められない事柄を区別します。

目印と境界の役割を分ける

地層は通常、下に積もったものの上へ新しい堆積物が重なります。地層累重の法則です。ただし、上下が逆転していないことを確認して使います。断面に逆転の情報があるとき、現在の上下だけで堆積順を決めることはできません。以下の問題では、特に断らない限り地層は逆転していません。

柱状図は、その地点で見られる地層の重なりを柱のように表したものです。上下を地表からの深さで示す図と、共通の基準面からの標高で示す図があります。深さなら下へ進むほど数値が大きく、標高なら上へ進むほど数値が大きくなります。地点ごとの柱の底をそろえて描いていても、その底が同じ標高とは限りません。

図1のように、短い期間に広い範囲へ堆積し、特徴を見分けやすい火山灰層などは鍵層になります。離れた柱で同じ噴火による層だと確かめられれば、そこを目印として対比できます。見た目が似た灰色の層があるだけでは同一とは断定できません。問題文の特徴や上下の層も合わせて読みます。

図1では2本の柱の鍵層を破線で結び、下から上へ堆積順を示しています。破線は対応を示す記号であり、層の実際の連続形状や地層の傾きを測る線ではありません。横方向の距離も表していません。

不整合は、地層の間に堆積の中断や侵食に対応する時間の欠けがある関係です。たとえば傾いた地層の端が削られ、その上を別の地層が覆うとき、両者の境界から中断を読み取れます。境界そのものを新しい地層と数えるのではなく、下の層ができた後、上の層ができる前の出来事として扱います。層が平行に見える場合にも時間の欠けがあることはあるため、見た目だけで必ず整合と決めないことも必要です。

示準化石は、地層ができた地質時代を推定する手がかりです。広く分布し、生存期間が地質学的に短い種は、離れた場所の時代を比べるのに役立ちます。示相化石は、特定の環境に生きた生物の化石で、堆積当時の環境を考える手がかりです。ある化石がどちらに役立つかは、生存期間や生息環境の情報から考えます。化石の名前を見ただけで、分数のように正確な同時刻が得られるわけではありません。

基本例題：標高と鍵層を対応させる

次は、共通の基準面を標高0 mとした架空の2地点A、Bの柱状図です。自作の資料であり、数値は実際の観測記録ではありません。両地点の地層に上下の逆転はなく、火山灰層Kは特徴から同じ噴火で堆積した鍵層と確認されています。各層の境界は水平な平面とは限りません。

問1　Kの下端の標高差を、単位を付けた整数で求めてください。問2　2地点で対応する目印と、Aの砂岩とKの堆積順を答えてください。問3　標高3 mのAとBの層を、同じ時期にできた層と断定できるか、根拠とともに答えてください。

図2のように、まず縦方向の基準が両地点に共通する標高だと確認します。図の柱は同じ縮尺で描き、破線はKの下端どうしの対応を示します。横方向は地点を分けるための配置で、距離の縮尺ではありません。

問1は、Aの下端が4 m、Bの下端が1 mです。高い方から低い方を引くので、

4 m − 1 m = 3 m

となります。答えは3 mです。逆に1 m + 3 m = 4 mと戻すと、Bの下端からAの下端へ一致します。ここで出たのは2地点の下端の標高差であり、横の距離や地層の傾きの角度ではありません。層厚の差でもありません。Kの厚さはAで5 m − 4 m = 1 m、Bで2 m − 1 m = 1 mです。

問2の対応する目印はKです。同一の噴火によると問題文で確かめているため、単に色が似ている場合より強い根拠になります。AではKの上に砂岩があるので、Kの堆積が先、砂岩の堆積が後です。砂岩の形成を先に置くと、上下が逆転していないという条件と食い違います。

問3の答えは、同じ時期と断定できません、です。標高3 mはAではKより下の泥岩、BではKより上の泥岩にあります。同じ泥岩という岩石名でも、Aの3 mの泥岩はKより前、Bの3 mの泥岩はKより後に堆積したことになります。同じ標高で横線を引くと、鍵層に対する上下関係が見落とされます。対応を示す線は、標高をそろえるのではなく、同じ出来事の目印を結んで引きます。

ここでKの上面の標高差も5 m − 2 m = 3 mです。上端と下端の両方を確かめれば、図から読み取った1 mの層厚が各地点で矛盾しないことも点検できます。標高差の原因はこの資料では特定できません。堆積後の変動などを考える余地はありますが、追加の断面や距離の情報なしに原因を選ぶことは避けます。

応用例題：削られた面の前後を並べる

次の断面も自作です。古い方の地層P、Q、Rはこの順に重なった後、まとめて傾きました。傾いたP、Q、Rの上端は侵食面で切られ、その面の上に水平な礫岩Sが堆積しました。Sの上には泥岩Tが重なっています。どの層も上下は逆転していません。侵食とSの堆積の間に別の出来事がないと仮定します。

問1　P、Q、Rの堆積、傾動、侵食、Sの堆積、Tの堆積を古い順に並べてください。問2　Rの一部が残っていない場所で、Pの上に直接Sが載っていることから、Rが一度も堆積しなかったと断定できますか。問3　侵食が続いた年数をこの資料から求められますか。

問1は、まずP、Q、Rを下から順に置きます。3層がまとまって傾いたので、傾動はRができた後です。その後に侵食面が傾いた層を切っているため、侵食は傾動の後です。Sはその面を覆い、TはさらにSの上に重なります。したがって、古い方から「P、Q、R、傾動、侵食、S、T」です。

答えを断面に戻して確かめます。PからRが先なら3層はそろって傾くことができ、傾いた層の上端を侵食面が切れます。Sが侵食より先だと、Sの下にある面ができる前にSを置くことになり、与えられた関係と合いません。TをSより前にすると、上下の逆転がないという条件と合いません。

問2は断定できません。問題文ではRは侵食前に堆積しており、その場所で後に削られて失われた可能性があります。現在見えないことは、過去に存在しなかった証拠とは限りません。一方で、別の資料で堆積しなかった範囲と示されていれば、その範囲では侵食以外の説明も考えます。どの判断が与えられた条件に支えられるかを見分けます。

問3も求められません。順序はわかっても、各出来事の時刻や時間の長さが与えられていないからです。不整合に欠けた時間は侵食の継続時間と必ずしも同じではなく、堆積しなかった期間も含みえます。境界を見つけることと、その期間を数字にすることは別の判断です。

間違えた線を引き直す

図3のように、同じ標高の位置を結び、その2か所が同時にできたとする答案を考えます。図は基本例題と同じ2地点で、横の点線は標高3 mを示しています。AではKより下、BではKより上を通るため、この点線は同時期の対比線として使えません。

誤答の原因は、標高という現在の位置を、堆積した時期そのものに置き換えたことです。修正するときは点線を消し、Kどうしを結び直してから、各地点で比較したい位置がKの上か下かを書きます。火山灰の特徴が同一と確認されていない資料では、まず同一性を調べる条件が必要です。

もう1つの誤りは、ある化石が浅い海の環境を示すと聞き、別の地点でもその化石が見つかったから同時に堆積したとすることです。同じ環境は異なる時代にも現れます。示相化石から環境を推定することと、示準化石を使って時代を絞ることを別の欄に書き直しましょう。

また、柱状図に層が載っていないとき、直ちに「削られた」と書くのも早すぎます。最初から堆積しなかった場合、調べた深さの範囲外にある場合、侵食された場合などが考えられます。侵食面や周辺地点の記録が示されていなければ、複数の可能性を残すことが資料に忠実な答えです。

手を動かす4問

以下も実測ではなく、練習用に作った資料です。それぞれ答えの形に従ってください。いずれも地層は上下逆転していません。

問題1

地点Cの地表の標高は32 m、地点Dの地表の標高は27 mです。同一の噴火による鍵層Mの上端は、地表からCでは7 m、Dでは5 mの深さにあります。上端の標高をそれぞれ単位付きの整数で求め、どちらが何m高いか答えてください。

問題2

地点Eでは下から礫岩、鍵層N、泥岩が重なります。地点Fでは下から泥岩、同じ噴火による鍵層N、砂岩が重なります。Fの泥岩とEの泥岩の堆積順を答え、鍵層との位置関係を根拠として書いてください。層名が同じでも別の層です。

問題3

地層U、Vがこの順に堆積し、両方が傾いた後、上部が侵食されました。その侵食面の上に地層W、Xがこの順に堆積しました。Uの堆積、Vの堆積、傾動、侵食、Wの堆積、Xの堆積を古い順に並べてください。また、Wは侵食より前か後かを答えてください。

問題4

化石aは広い範囲で見つかり、生存期間は地質学的に短い種の化石です。化石bは長い期間生存し、限られた水温の浅い海に生息した生物の化石です。両方とも別の地層から移されず、その生物がいた場所に近い所で埋もれたものとします。地層の時代の比較と、堆積した環境の推定にそれぞれ適する化石を記号で答え、理由を書いてください。

解答と確かめ方

問題1の解答

標高は地表の標高から下向きの深さを引きます。Cは32 m − 7 m = 25 m、Dは27 m − 5 m = 22 mです。25 m − 22 m = 3 mより、Cが3 m高いと答えます。地表の高さだけを比べた5 mは、鍵層の高さの差ではありません。

元の条件へ戻すと、Cは25 m + 7 m = 32 m、Dは22 m + 5 m = 27 mです。それぞれの地表標高に戻るので、深さの向きと差の計算を確認できます。Mが同じ噴火による層という条件があるため、異なる標高でも上端どうしを対応させられます。

問題2の解答

Fの泥岩が先、Eの泥岩が後です。Fの泥岩はNより下なのでNの堆積前、Eの泥岩はNより上なのでNの堆積後にできました。鍵層を境にして「Fの泥岩、N、Eの泥岩」の順に戻せます。Nを挟んだ位置を照合すれば、同じ岩石名だから同時という答えが条件と矛盾するとわかります。

層の厚さや地表の高さは与えられていませんが、この順序を決めるのには必要ありません。岩石の名前は堆積物の特徴を表し、単独では同時性を保証しないからです。別の時期に似た堆積物が積もることも考えられます。

問題3の解答

古い順は「U、V、傾動、侵食、W、X」です。Wは侵食の後です。UとVができた後に両方が傾き、その上部が切られた面をWが覆い、最後にXが重なります。

この順序を条件に戻すと、侵食の時点ですでに傾いたUとVが存在し、Wの下に侵食面が存在します。もしWを侵食の前に置けば、指定された面の上にWが堆積する関係を説明できません。XをWの前に置く答えも、上下の重なりと逆になります。

問題4の解答

時代の比較にはa、環境の推定にはbが適します。aは短い期間に広く分布したので、見つかった地層の時代を比較的狭い範囲へ絞る手がかりになります。bは浅く特定の水温の海にいたという条件から、その地層の堆積環境を考えるのに役立ちます。

条件に戻すと、bは長い期間生存していたので、bが共通する2層が同じ時刻に堆積したとは決められません。aについても、同じ化石が示すのはその種の生存期間内という範囲であり、瞬間まで一致すると決まるわけではありません。再堆積していないという条件がない資料では、化石が元の地層から運ばれた可能性にも注意が必要です。

要点を短く残す

• 標高と深さの基準をそろえてから、同じ鍵層を結びます。
• 逆転がない地層では、下から上へ堆積順を読みます。
• 不整合の面は、下の層の後、上の層の前の時間の欠けを示します。
• 示準化石は時代、示相化石は環境を考える手がかりです。

どこで迷ったかを答案から見つける

同じ標高の線を対比線にしていたら、最初に縦軸が標高か深さかを声に出して確認します。次に鍵層を囲み、比較する位置がその上か下かをそれぞれの柱に書いてみます。標高の計算で止まった場合は、地表標高に深さを足したのか引いたのかを確認し、求めた標高に深さを足して元の地表へ戻します。

個別指導では、完成した答えだけでなく、どの境界から順序を読み始めたかを確かめます。侵食面を指して「この面より前に存在する層は何か」と尋ねると、順序を図に戻して検討できます。化石については、時代と環境のどちらを問われたかを問題文に書き添え、根拠の条件と答えを結びます。地層の順序は、位置と時間を分けて読むことで確かになります。