高校地学基礎 変成作用と岩石—熱と圧力による変化を地質構造と結び付ける｜武蔵野個別指導塾

貫入岩体の周囲と広い地域の変成岩を比較し、固体の再結晶と溶融を区別する視点を養います。

よくあるのは、変成岩はすべて一度溶けたと答えてしまう場面です。熱が岩石を変えると聞くと、鍋の中で固体が液体になる様子を思い浮かべるかもしれません。しかし、変成作用ではもとの岩石が固体の状態を保ちながら、鉱物の組合せや組織が変化します。学校の範囲表、授業ノート、ワーク、小テストの該当箇所を開き、習った岩石名と図の記号を先に確かめましょう。

答案で求められる3つの見方

第一に、用語を説明する型があります。変成作用とは何かを尋ねられたら、もとの岩石が熱や圧力の影響を受けること、固体のまま鉱物や組織が変化することを結び付けます。単に「熱で変化する」では、溶けてから固まる過程との区別が残りません。再結晶は固体中で鉱物が新たにできたり成長したりする変化として押さえます。

第二に、断面図や分布図から作用を選ぶ型があります。マグマが入り込んだ岩体の周囲に帯状の変化が見えるか、広い範囲に変成岩が分布するかを見ます。前者は接触変成作用、後者は広域変成作用を考える手掛かりです。図に示された位置関係を答案に使い、名前だけを当てる作業で終えないようにします。

第三に、もとの岩石と変成岩を対応させる型があります。石灰岩から大理石、泥岩などからホルンフェルスや結晶片岩という例を、作用の場所や特徴と合わせて整理します。岩石名が同じでも、問題が聞くのは原因か、観察された特徴かもしれません。設問の動詞が「選ぶ」「説明する」のどちらかにも注意します。

固体の岩石に起こる変化

変成作用は、すでに存在する岩石が、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鉱物や組織を変える作用です。変化前の岩石を原岩と呼びます。原岩は堆積岩に限らず、火成岩や変成岩であることもあります。変成岩は原岩の名前をそのまま付け替えたものではなく、変化の結果として見られる岩石です。

図1のように、接触変成作用ではマグマの熱が周囲の岩石に伝わります。マグマが貫入した岩体の近くで変化が目立ち、その周囲に変成した部分ができます。泥岩などが接触変成作用を受けると、緻密で硬いホルンフェルスができます。石灰岩が再結晶すると大理石になる例もあります。岩体そのものと、その外側にある変成岩を同じものとして塗らないことが大切です。

図1の右側は、広い範囲の岩石が熱や圧力の影響を受ける広域変成作用を模式的に表しています。造山帯などで見られ、結晶片岩や片麻岩が代表例です。結晶片岩には鉱物が一定の方向に並び、薄くはがれやすい片理が見られることがあります。方向を持つ圧力と鉱物の配列を関連付けて考えますが、どの変成岩にも片理があるとは限りません。

再結晶という語の「結晶」から、いったん液体になって固まると考えるのは誤りです。変成作用では固体のまま鉱物の粒が成長したり、条件に合う鉱物が新たに生じたりします。溶融してマグマになる過程は別です。変成作用と溶融はどちらも熱と関係し得ますが、物質の状態が同じではありません。温度や圧力の実際の境界を数字で決める必要はありません。

基本例題：岩体の縁をたどる

次の断面は学習用の模式図です。泥岩の中にマグマが貫入して固まった岩体があり、その周囲には泥岩と異なる緻密で硬い岩石の帯があります。帯は岩体に接し、その外側には変化の目立たない泥岩が続きます。この帯に生じた作用名と代表的な岩石名を答え、岩体との位置関係と熱を使って理由を説明してください。また、帯の岩石ができる際、必ず一度溶けたと言えるか答えてください。

図2のように、最初に岩体と帯の境界を指でたどります。帯は岩体の外側で泥岩に接し、岩体を取り囲んでいます。これは問題で与えられた配置という観察事項です。帯の岩石が緻密で硬いことも、まず観察された特徴として抜き出します。

次に熱源を探します。マグマが入り込んだ岩体が帯のすぐそばにあるので、マグマの熱が周囲の泥岩に伝わったと考えられます。このような局所的な変化は接触変成作用です。泥岩などを原岩としてできる代表的な岩石名はホルンフェルスです。

答案は「マグマが貫入した岩体の周囲の泥岩が熱を受け、接触変成作用によってホルンフェルスになった」と書けます。位置関係、熱、作用、岩石名の順にたどれば、名称の暗記だけでなく資料に基づく理由になります。必ず一度溶けたとは言えません。変成作用は固体のままの変化であり、溶融してマグマになることとは区別します。

答えを図に戻して確認します。ホルンフェルスとした場所は泥岩の中の帯であり、中央の貫入岩体そのものではありません。外側の泥岩まで一様に変化したという条件もありません。もし帯が描かれていなければ、その図から帯の広がりを決めず、ほかの観察情報を確認します。

少し難しい例題：広がりと組織を合わせる

ある地域の調査資料に、離れた地点A、B、Cで片理のある結晶片岩が見つかったとあります。地点は広い範囲に分布し、資料には近くの貫入岩体やその周囲の帯は示されていません。観察された事実を2つ挙げ、考えられる作用を1つ答え、熱と圧力を含めて理由を述べてください。さらに、貫入岩体が示されていないことだけで、この地域に岩体が絶対に存在しないと断定できるか答えてください。

事実は、片理のある結晶片岩が見つかったことと、それらの地点が広い範囲に分布することです。これらから考える作用は広域変成作用です。広い範囲の原岩が熱や圧力の影響を受け、鉱物の組合せや配列が変わったと説明します。片理という組織と分布の広がりを合わせると、推論の根拠が明確になります。

ただし、示されていないことは存在しないことの証明ではありません。資料がどこまで調べたか、何を省略したかもわからないため、岩体が絶対にないとは断定できません。分かれ目は「観察されたこと」と「そこから考えたこと」です。結晶片岩の分布は資料の事実で、広域変成作用はその事実に合う解釈です。岩石名だけを根拠に、見ていない貫入岩体の有無まで答えないようにします。

別の資料で、岩体の周囲に限って硬い帯が分布し、外側に変化の少ない原岩が続くなら、接触変成作用の手掛かりになります。片理の有無や原岩の種類など、与えられた情報を照合してから判断します。資料が不足する場合に無理に一方を断定しないことも、読み取りの一部です。

間違いを直す3つの手順

図3のように、「変成岩は一度溶けてから固まる」という答案では、変成作用と溶融を混同しています。原因は、熱を受けたという共通点だけで過程をまとめたことです。「固体のまま再結晶する」と直し、溶けた場合はマグマになる別の過程として扱います。熱という語を残したまま、物質の状態を補うのが修正の要点です。

次の誤答は「接触変成作用では岩体そのものが周囲の泥岩になる」です。図2の帯と岩体の位置を入れ替えていることが原因です。岩体の外側にあった泥岩が熱を受け、ホルンフェルスなどに変化すると直します。図の境界をなぞり、原岩がどこにあったかを先に言葉にしてください。

もう1つは「片理があるので、必ずマグマのすぐそばでできた」という答えです。片理という組織から、熱源までの位置を直接決めてしまっています。片理は広域変成作用を考える手掛かりですが、近くの貫入岩体との関係は別に資料を調べます。広い分布、岩体との接触、岩石の特徴をそれぞれ確認してから結論を組み立てます。

反対に、「広域変成作用は圧力だけで起こり、熱とは無関係」とすると、条件を狭くしすぎます。広い範囲で熱や圧力の影響を受けるという説明に直しましょう。答案の中に原因となる条件と結果としての変化が両方あるかを見ると、抜けに気付きやすくなります。

練習：別の資料で確かめる

以下の資料と条件は練習用に作ったものです。各問の答えは問題の後にまとめてあります。選択だけでなく、指定された語を使って理由まで書いてみましょう。

問題

1. 石灰岩がマグマの貫入した岩体の近くで熱を受け、鉱物が固体のまま再結晶しました。できた代表的な岩石の名前と作用名を答え、「石灰岩」「熱」を用いて説明してください。
2. 広い地域の複数地点で片理のある岩石が見つかりました。代表的な岩石名を1つと、考えられる作用名を答え、「圧力」「鉱物」を用いて片理に関係する特徴を説明してください。
3. 生徒が「変成作用では原岩が必ず溶融する」と書きました。正誤を答え、「固体」「再結晶」「溶融」を使って修正してください。
4. ある断面図には貫入岩体が描かれていますが、周囲の岩石の特徴や分布は示されていません。「図だけで周囲にホルンフェルスが存在すると確定できる」という主張の可否を答え、さらに調べるべき観察を1つ挙げてください。

答えと考え方

1. 大理石、接触変成作用です。石灰岩が岩体からの熱を受け、固体のまま再結晶して大理石になったと説明します。条件に戻すと、原岩は石灰岩で、熱源は近くの貫入岩体です。岩体自体を大理石とする答えでは、この位置関係に合いません。
2. 例えば結晶片岩、広域変成作用です。熱や圧力を受け、鉱物が一定の方向に並ぶことが片理に関係します。問題の広い分布と片理に答えを戻すと、局所的な熱だけを根拠にした答えより資料に合います。片理があるという事実から、見ていない岩体の有無までは決めません。
3. 誤りです。変成作用では原岩が主として固体のまま再結晶などの変化を受け、溶融してマグマになる過程とは区別します。答えを元の文に戻し、「必ず溶融する」を取り除いたうえで、固体という状態を明記できたか確かめます。
4. 確定できません。岩体の周囲に緻密で硬い岩石の帯があるか、また周囲の原岩が何かを調べます。貫入岩体の存在は熱源を考える手掛かりですが、図には変化した帯の観察がありません。観察が不足した条件へ戻すと、存在を断定しない答えが適切です。

手元に残す要点

• 変成作用は原岩が主として固体のまま熱や圧力で変化する作用です。
• 接触変成作用は貫入したマグマの熱と、その周囲の変化を結び付けます。
• 広域変成作用は広い範囲の熱や圧力による変化を考えます。
• 再結晶と溶融を区別し、分布や組織を根拠として示します。

資料の読み方をもう一度試す

岩石の写真だけが与えられたときは、写真に写る粒の並びや見た目を観察として述べ、その後で考えられる作用を書きます。写真に写っていない地下の形まで、見えた事実として書き加えてはいけません。例えば粒の並びが見える資料でも、それだけで変成した地域全体の広さを測ることはできません。分布図が別にあれば、地点の広がりと合わせて解釈します。

名称を選ぶ問題では、選択肢の岩石名と作用名を別々に確認します。ホルンフェルスという名前を知っていても、貫入岩体の内部にできたと書けば位置がずれます。大理石を知っていても、原岩が石灰岩という関係を逆向きにすると説明になりません。原岩から変成岩へ矢印を引き、その矢印のそばに熱や圧力を書き添えると、何が変化したのかを確かめられます。

問題の条件が足りないと感じたら、資料に書かれた範囲までを答えます。岩体の近さだけから周囲の岩石の種類を決めず、原岩や変化した帯の観察を探します。解答欄には、判断できない理由と追加で必要な観察を書けば、知識を使った説明になります。観察の不足を認めることと、変成作用そのものを否定することは別です。

答案のどこで止まったかを見る

作用名を覚えていても、図のどこが原岩でどこが貫入岩体か示せなければ、位置関係の読み取りで止まっています。図の境界を指で追い、変化した帯を塗り分けてから文章に戻すと、主語の取り違えを見つけられます。一方、位置は合っているのに「溶けて固まった」と書く場合は、固体の再結晶と溶融の区別を説明し直します。

個別指導で確かめるなら、まず生徒が図から拾った事実に線を引き、次に作用名を選んだ理由を口頭で尋ねます。片理や分布を挙げられるか、観察されていないことを断定していないかも答案で見ます。変成岩の名前は、原岩と作用を矢印で結んだ後に確認すると、丸暗記の取り違えを発見しやすくなります。岩石の変化は、場所と固体の状態を押さえると筋道が通ります。