地球の仕組み
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3_25 変成岩

(2002年2月28日)
 変成岩とは、ある岩石(岩石あればなんでもいい)が、固体のまま、別の岩石に、変わったものです。変成岩には、多様な履歴が刻まれています。変成岩の履歴を読み取ること、すなわちそれは変成岩を含む周辺の大地、あるいは広く地球の地質学的歴史を読み取りことに他なりません。


 変成岩として、どうしても満たすべき条件が2つあります。それは、もとの岩石(原岩(げんがん)といいます)から「変わっている」ということと、固体のままの変化であるということ、の2つです。
 もとの岩石から「変わっている」という条件は、当たり前すぎて、なくてもいいという気がするかもしれません。でも、「変わる」という判定をどうするかということは、実は結構難しいことなのです。「
 原岩から変成岩に「変わ」らせることを、変成作用といいます。この変成作用が弱い場合には、判定が難しくなります。「もとのまま」と「変わっている」の間、あるいは境界をどこにするかということにつては、曖昧になる領域があります。そのような境界領域の弱い変成作用では、原岩の性質と変成作用でできた性質が混在します。境界領域で、原岩の性質を中心にするとき変質作用といい、原岩が堆積岩の場合は、続成(ぞくせい)作用ということがあります。
 例を挙げましょう。
 火成作用を研究する人には、原岩が火成岩であれば、火成岩として研究します。変質作用や弱い変成作用を受けていても、火成岩としての性質が読み取れる限り、火成岩の名前を付けることができます。その場合は、「変」という接頭語をつけて用います。変玄武岩、変斑れい岩などのように、火成岩の名前を付け、なんとか火成作用の履歴を読み取ろうとします。
 一方、変成作用を研究する人は、程度が低くても変成作用としての痕跡があれば、変成岩としての名前を付けて、研究します。火成岩としての性質をどんなに色濃く残していても、変成作用によって形成された鉱物があれば、それを材料に研究することができます。
 つまり、同一の岩石に関して、全く違った岩石名をつけることになります。このような混同は、生物の記載ではありえないことです。岩石の世界では、一番大きな分類である火成岩と変成岩の判定が曖昧なのです。それも、極ありふれた岩石においてです。生物で、皆が目にするイヌやネコが、動物という研究者と植物だという研究者がいるようなことになる訳です。でも、地質学の世界では、どちらも間違いではないのです。
 次に、固体のまま変化することについてです。変成作用とは、いくつかあるいは一つの鉱物が固体のまま化学反応して(固相反応といいます)、別のいくつかあるいは一つの鉱物に変わることです。原理的には、変成作用は固相反応として熱力学的に記述することが可能です。
 でも、天然の場合には、別の鉱物に変わるとき、流体が自由に出入りすることがよく起こります。流体とは、H2Oを主としてます。その他にH2Oに溶け込んでいる成分として、CO2やSO2、H2Sなどを含みます。液体といわずに流体というのは、高温高圧の条件では、液体と気体の境界が不明瞭となり、両者の共通の性質を持った相として流体という言い方をします。実は、この流体の中には鉱物の主要成分であるSiO2(珪酸)なども含むことがあり、天然の岩石の場合では、固相反応の式通りになってないことも多いのです。
 固相反応も、強い変成作用(高温もしくは高圧、あるいは両方の条件)になっていっくと、溶け始めます。つまり、マグマが形成されることになるわけです。定義上は、高度変成岩で固相反応が終わるところ、あるいはマグマの形成が始まるところ、そこが変成岩と火成岩の境界となるはです。でも、その境界も、弱い変成作用の場合と同じで、不明瞭になっていきます。なぜなら、変成岩の中にマグマが少量混じった状態であることが良く見られるからです。このような岩石は、ミグマタイト(migmatite、混成岩)と呼ばれます。ここも、火成作用と変成作用の研究者が入り混じっている境界領域となります。
 変成岩は、固相反応である限り、熱力学的に、物理化学条件を変数とした方程式として解くことができます。ですから、いくつかの限定条件は付くかも知れませんが、何らかの物理化学的条件を読み取ることができるはずです。
 地質学では、温度と圧力が重要となります。それは、変成岩によって地下のどのような環境(温度かた推定)で、そのような深さ(圧力から読み取る)で形成されたかが、厳密に(定量的に)決定できるからです。マグマは移動しますので、マグマがどのような場所でできたかを直接求めることは不可能です。しかし、変成岩の場合は、ある変成作用がどんな物理化学的条件で起こったかを、直接的に読み取ることができます。そして、その情報を集積すれば、変動の激しい大地の履歴が、定量的に読み取ることが可能なのです。