岡田 康介
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変成作用とは？基本の定義
変成作用とは、岩石が高温・高圧・流体の作用を受けて組成や構造を変える地質現象のことです。岩石は地表だけでなく、地殻の深い場所でもこの変化が起こります。大切な点は、変成作用によって岩石が完全に溶けてしまうことは少なく、固体のまま鉱物の組み合わせや結晶の並び方が変わるということです。母岩という言葉は、変成前の元の岩石を指します。変成後の岩石名は必ずしも母岩と同じではなく、条件によって新しい鉱物ができ、別の岩石として呼ばれることが多いです。ここでは、中学生にも分かりやすい言葉で変成作用の基本を順に解説します。
変成作用が起こる条件
変成作用が進む主な要因は、主に次の3つです。これらの条件が組み合わさると、岩石の内部で鉱物の再結晶や組成の変化がおこります。
- 熱
- 岩石内部の温度が高くなると、鉱物が再結晶して新しい鉱物に変わりやすくなります。熱は接触変成作用や深部での変成作用を促進します。
- 圧力
- 深い場所では岩石に大きな圧力がかかります。圧力がかかると鉱物の格子が再編成され、層状の構造（ foliation ）が生まれることがあります。
- 流体
- 岩石を取り囲む流体、たとえば水分や炭酸ガスなどが化学反応を促進します。流体は鉱物の分解と再結晶を速め、組成の変化を助けます。
変成作用の種類
変成作用にはいくつかのタイプがあります。代表的なものを以下に挙げます。これらは岩石の性質や地球の構造を理解するうえでとても大切です。
変成岩の特徴と例
変成岩とは、変成作用を経て生まれた岩石の総称です。代表的な特徴として、鉱物の並び方が整って層状または板状の模様が見えることが多く、岩石の見た目が変わります。身近な例としては、片麻岩（層状の鉱物配置が目立つ岩石）、結晶片麻岩、岩石の代表的な非葉理岩である石英岩・大理石などがあります。英語で言えば metamorphic rock にあたり、母岩が何であったかにより見た目や性質が大きく変わる点が特徴です。
まずは地球の内部でどんな条件が整うと変成作用が進むのかを知ることが大切です。熱と圧力が強くなると石の中の結晶は再配置され、長く時間がかかるほど整って美しい模様を作ることがあります。一方、熱が強すぎると一部の岩石は溶けて新しい岩石になる場合もあり得ますが、変成作用の大半は固体を保ちながら進行します。
身近な学びにつなげるヒント
教室や自然観察で変成作用を考えるとき、岩石の色や模様、層状の見え方を観察するのが第一歩です。地層が重なる地域では、岩石が高温高圧の条件を経験した跡として葉理（ようり）と呼ばれる層状の構造が現れることがあります。地学の授業で実験的に鉱物の再結晶を観察することは難しいかもしれませんが、図鑑や資料を用いれば、変成作用が岩石の性質をどう変えるのかをイメージしやすくなります。変成作用は地球の地下で働く「岩石の変身ショー」のような現象だと覚えておくと理解しやすいでしょう。
変成作用の同意語
- 変成作用
- 地質学で、岩石が高温・高圧・化学作用などの条件の変化により鉱物組成や結晶構造を変化させる過程のこと。
- 変成現象
- 変成作用が生じている現象全体を指す表現。鉱物相の変化や結晶方位の再配置などを含む。
- 変成過程
- 変成作用が進行していく連続的な過程。時間と条件の変化に伴い変成が進む。
- 熱変成
- 温度の上昇を主因とする変成の総称。接触熱変成や区域熱変成などを含む。
- 圧力変成
- 高圧条件下で岩石が変化するタイプの変成。大陸プレートの境界付近などで起こる。
- 接触変成
- マグマの熱と流体によって岩石が接触する領域で生じる局所的な変成。
- 区域変成
- 広い地域にわたり進行する大規模な変成。プレート運動に伴う温度・圧力条件の変化が原因。
- 変成反応
- 変成作用の過程で起こる鉱物間の反応。新相の結晶が形成される反応を含む。
- 変質
- 岩石の鉱物組成や構造の化学的・鉱物学的変化を指す総称。変成作用より日常語寄りで用いられることが多い。
変成作用の対義語・反対語
- 堆積作用
- 地表付近で粒子が運搬・沈着して層を積み重ね、堆積岩を形成する過程。変成作用とは別の岩石形成の道筋です。
- 風化作用
- 岩石が地表付近で風化し、鉱物が分解・溶解して小さな粒子になっていく過程。
- 侵食作用
- 風化した粒子が移動・搬出され、地表が削り取られる過程。岩石の鉱物組織の変化を伴わず、外部エネルギーによる表層の削り取りが主です。
- 未変成岩
- 変成作用を受けていない岩石の状態。元の鉱物組成や構造をほぼ保つ rock の状態を指します。
- 非変成
- 変成作用が起きていないことを意味する表現。岩石がまだ metamorphism を経験していない状態を示します。
変成作用の共起語
- 接触変成
- 岩石が熱源（マグマなど）と接して周囲の岩石が加熱・化学反応を受ける変成過程です。
- 区域変成
- 広い範囲にわたり温度・圧力条件が変化して進行する変成過程で、地殻の大規模な変化を伴います。
- 水熱変成
- 流体中の水が鉱物の再結晶や置換を促し鉱物組成が変化する変成過程を指します。
- 高温変成
- 比較的高温条件で進行する変成で、鉱物の再結晶が活発になります。
- 高圧変成
- 高圧条件下で進行する変成で、特有の鉱物相が形成されやすいです。
- 変成岩
- 変成作用の結果として生じた岩石の総称。板岩、片麻岩、石英岩、大理石などを含みます。
- 岩相帯
- 地質体内で異なる変成条件の岩相が連続的に帯状に分布する現象・区分です。
- 相図
- P-T条件下で安定する鉱物相の境界を示す図。変成岩研究の基本ツールです。
- P-T条件
- 圧力と温度の組み合わせ。変成過程を左右する主な物理条件です。
- 鉱物相
- 特定の変成条件下で安定する鉱物の組み合わせのことを指します。
- ガーネット相
- ガーネットを主鉱物とする相。中〜高温域の変成で現れます。
- 角閃石相
- 角閃石を主鉱物とする相。中〜高温域で一般的に見られます。
- 白雲母相
- 白雲母を主鉱物とする相。低〜中温域で見られることが多いです。
- 石英-長石-雲母系
- 石英・長石・雲母を主成分とする典型的な鉱物組成の組み合わせ。
- 再結晶
- 鉱物の晶粒が温度・圧力変化により再結晶して粒径や形が変わる現象です。
- 脱水反応
- 水を放出する反応が起きることで鉱物が別の鉱物へ変化する過程を指します。
- 混成岩
- 高温・高圧条件の下で部分的に融解してできる岩石。岩石の境界でみられます。
- 板岩
- 薄く平行な層状構造を持つ初期変成岩の代表。板状組織を示します。
- 片麻岩
- 層状・帯状の鉱物配列を示す中〜高変成の岩石。帯状構造が特徴です。
- 石英岩
- 石英を主体とする非層状の変成岩。石英が大部分を占めます。
- 大理石
- 石灰岩が変成してできる非層状の岩石。カルシウム鉱物が支配的です。
- 角閃岩
- 角閃石を主成分とする岩相・岩石。高温・高圧域で見られることが多い。
- 岩石学
- 岩石の成分・構造・形成過程を総合的に study する地質学の分野で、変成作用の研究にも不可欠です。
- 鉱物組成の変化
- 変成作用により鉱物種の置換・含有量の変化が起きる現象全般を指します。
変成作用の関連用語
- 変成作用
- 岩石が温度・圧力・流体などの条件の変化を受け、鉱物組成や結晶構造を変化させる地質プロセス。
- 変成岩
- 変成作用を経て形成された岩石。代表的には板岩・片麻岩・結晶片岩など、組成と組織が変化している岩の総称。
- 接触変成
- マグマの熱によって周囲の岩石が局所的に変成する現象。高温・低圧の条件が特徴。
- 地域変成
- 広い範囲にわたり進行する変成。山脈の成長や大規模な熱・圧力条件の変化に関連する。
- 水熱変成
- 流体（熱水）の作用で岩石の鉱物が化学的に変化する変成。鉱物の再結晶と新鉱物の形成が進む。
- メタソマトイズム
- 流体による元素の移動・置換を伴う変成過程。化学組成の再配置が起きやすい。
- 岩相（フェーシーズ）
- P–T条件に安定な鉱物の組み合わせを示す概念。岩石の変成度と条件を表す指標。
- 岩相帯
- 地質学的に連続した岩相が帯状に分布する区域。変成のグラデーションを表す。
- 変成帯
- 広域にわたる変成の区域。プレート境界付近でよく見られる。
- 熱変成
- 温度上昇を主因とする変成。圧力の影響は比較的小さいことが多い。
- 圧力変成
- 圧力の変化が主な原因となる変成。
- 高温高圧変成（HTHP）
- 深部の高温・高圧条件で進行する変成。沈み込み帯などに関連する。
- 高温低圧変成（HTLP）
- 比較的浅い深度で高温・低圧条件の変成。
- 低度変成
- 初期段階の変成。鉱物相の大きな変化は少なく、微細な再結晶が起こる。
- 中度変成
- 中程度の変成。中間的な鉱物相の出現と再結晶が進む。
- 高度変成
- 高度な変成度で、鉱物相の大規模な再結晶・組成変化が見られる。
- 再結晶
- 鉱物の結晶粒が新しい結晶へと成長・再配置され、岩石の組織が変わる基本過程。
- 脱水変成
- 水を含む鉱物の分解・脱水反応が進み、新しい鉱物へと変化する過程。
- 鉱物組成変化
- 変成により鉱物の化学組成が変化すること。新鉱物の出現や置換が生じる。
- P-T条件
- 変成を決定づける圧力と温度の組み合わせ。
変成作用のおすすめ参考サイト
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