Earth Essay　地球のささやき

2002年3月28日木曜日

5_16　鉱物とは

　前回、宝石の話しを書きました。そのとき、鉱物という言葉を、なんの説明もなく使用してきました。でも、鉱物とは、どんなものか、いえるでしょうか。今回は、鉱物について考えましょう。

　鉱物とは、岩石を構成する基本的な粒子、物質です。
　鉱物は、結晶の種類のことで、3000から4000種類、発見されています。結晶には人工的なものも含まれますが、鉱物は天然のものだけをいいます。新しい鉱物は、今も発見されています。結晶とは、規則正しい元素の配列をもち、物理的（物性、光学的性質）や化学的性質が一様な物質をいいます。これでは、なかなか分かりにくいかもしれません。
　別のアプローチとして、思考実験をしましょう。
　ある岩石、たとえば御影石（みかげいし、正式には花崗岩といいます）を、2つに割ります。すると、同じ種類の岩石2個になるはずです。これを繰り返すと、ある時から、同じ種類とはいえなくなります。2つの部分の構成物の組み合わせや量が違ってくるはずです。たとえば、それが御影石なら、一方が透明な物質だけからなり、他方が黒っぽい物質だけからなるかもしれません。ここまでくれば、鉱物まであと一息です。
　さらに、何度か、繰り返し半分にします。そのどちらかを、また半分にしたとき、透明なら透明、黒なら黒という性質が続くとき、そのような物質を鉱物といいます。
　もしかすると、この思考実験は、より理解を困難にしたかもしれません。これをやぶ蛇といいます。でも、鉱物とは、そういうものです。
　鉱物というもののなかには、非常に綺麗で、人目を引くようなものもあります。博物館で見るような鉱物の結晶には、非常に綺麗なものがたくさんあるのを、ご存知の方も多いと思います。もし、それが自分のものになって、そんちょこそこらにはなく、身に着ければ、人も欲しがるようなものであったとします。すると、それは、「お宝」、宝石となるわけです。
　天然のものをさらに綺麗にして、よりよくみせるということも、されるようになってきました。「綺麗さ」に対する飽くなき努力でしょうか、それとも、単に「欲」に駆られた、行為でしょうか。

2002年3月21日木曜日

5_15　宝石とは

　宝石は、女性を魅了します。というとセクハラになるのでしょうか。男性でも、宝石を飾る人もいるでしょうし、お金になるので、魅了されているかもしれません。今回は、人びとが魅了されてやまない、宝石についてみていきましょう。

　宝（たから）とは、さまざまなものがあります。多くの人にとっての宝もあります。人類全体にとっても宝は、世界遺産です。国の宝は、国宝です。家の宝は、家宝です。ひとりひとりにとっても、宝があるはずです。
　宝は、その大きさには関係がありません。小さな宝として、宝石があります。宝石は、誰もが宝と考えます。鉱物の知識もない古い時代から、宝石はあります。
　宝石は、大地の贈り物です。宝石とは、多くは鉱物の結晶です。天然の鉱物のうちで、特にきれいなもの、硬くて、変質や変色のないもの、そして少ししかないものを宝石といいます。宝石は高価なものをいうのですが、やや安いものは貴石（きせき）とよび、安いものは飾り石といって区別して呼びます。
　宝石を、きれいなものや硬いものなどという条件をつけました。「きれい」とは、鉱物の結晶として完璧さ、色や透明感、輝きなどから、総合して、人間が感じることです。硬いというのは、きれいさを保つために必要となります。やわらかいと、長年使っていると、傷ついていき、輝きをなくしていきます。しかし、十分に硬いと、傷つくことはあまりなく、きれいなまま保たれます。
　鉱物は、天然の結晶ですから、多少の傷があります。そのような傷を人が補（おぎな）い完璧なものにしたのが、宝石です。あるいは、よりきれいに見えるために、人はカットの方法や磨き方を考えだしました。それでも、きれいなものは、天然の鉱物のほんの一部なのです。
　宝石とは、選びに選び抜かれた鉱物の結晶なのです。したがって、選び抜かれた宝石は、数も少なくなり、希少性が出てきて、値段も高くなります。その代表的なものが、ダイヤモンド、ルビー、サファイア、エメラルドなどです。
　このような宝石を、誕生月を象徴するようにしたものを、誕生石といいます。誕生石の起源は、聖書やユダヤの歴史書などに、12種類の宝石の話がでてきます。その種類が現在のものかどうかは、はっきりしていません。しかし、人は、古くから宝石を大切にしてきたのです。そして、宝石には神秘的な力があり、幸運をまねくと考えてきたのです。
　現在の誕生石は、1912年にアメリカ合衆国の宝石屋さんが集まって、決めたものです。ちなみに、誕生石は、1月はガーネット、2月はアメジスト、3月はアクアマリン、コハク、4月はダイヤモンド、5月はエメラルド、ヒスイ、6月はムーンストーン、アマゾナイト、真珠、7月はルビー、8月はペリドット、メノウ、9月はサファイア、10月はトルマリン、オパール、11月はトパーズ、12月はトルコ石、ラピスラズリ、となっています。このなかには、鉱物ではないものや、宝石の条件に合わないものも含まれています。
　宝石は、マグマからできたり、地下深くでの高温や高圧の条件できた結晶です。宝石は、地球の営みによってできたものです。宝石の奥底に見え隠れする地球のダイナミズムを感じてください。

2002年3月14日木曜日

3_27　ミグマタイト

　変成岩の中でミグマタイトと呼ばれる岩石は、限りなく火成岩に近いものです。というのはマグマと呼んでいいものを変成岩の中に持っているからです。火成岩と変成岩の境界の岩石を見ていきましょう。

　前回のべた片岩は、ぺらぺらとはがれやすそうに見える性質をもっていました。それより変成作用の程度が強くなると、もっと乱れた模様で、麻紐が絡まったような状態の、片麻状という変成岩のつくりになります。
　ある片麻岩を詳しくみますと、白っぽく、ゴマ塩の脈がみることができます。場所によっては、ゴマ塩状の部分が多かったり、集まっているところでは、片麻岩というより「ゴマ塩岩」といったほうがいいくらいのところもあります。「ゴマ塩岩」は、火成岩の花崗岩と呼んでいいものです。このような片麻岩中に花崗岩的な部分を持った岩石があります。それを、ミグマタイト（migmatite）と呼んでいます。日本語としては、混成岩ということもありますが、あまり使われていません。
　変成作用の程度が高くなると、変成岩の中に形成される鉱物も、より高温高圧で安定なものへと変わっていきます。温度や圧力などの変成作用の条件でいえば、ミグマタイトより、もっと高温高圧で形成された変成岩があります。近年には、超高温変成岩や超高圧変成岩なとが、世界各地から発見されています。
　ミグマタイトは、そのような超○○変成岩と比べれば、変成条件が低いのですが、火成岩と変成岩の境界に位置するという意味において、その重要性は変わりません。それは、変成岩と火成岩のカテゴリーは、温度や圧力で決められているのではなく、岩石の成因によって決められているからです。
　ミグマタイトが形成される条件は、ある程度限定されています。300MPa（Paはパスカルで圧力単位）以上（地下10km以深）では、圧力あまりかかわらず、溶けるか溶けないかは、温度だけで決定されます。
　花崗岩のマグマは、水が無ければ、1000℃以上でないと溶けないのですが、水を含むと700～800℃で溶けはじめ、泥岩の化学組成をもった岩石では、600～650℃で溶けはじめます。玄武岩質の化学組成をもつ岩石でも、水を含まないと1200℃以上でないと溶けないのですが、水を含むと800～1000℃で溶けはじめます。つまり、水を含む岩石の方が低温で溶けます。超高圧変成岩や超高温変成岩は、水をほとんど含まない岩石なのです。
　泥岩や砂岩の変成岩で、溶けた物質（マグマ）が集まって大きな塊となれば、花崗岩となります。溶けても集まらず、変成岩の中にそのままとどまっているのが、ミグマタイトになるのです。つまり、溶けた物質が移動するメカニズムが働くと火成岩の花崗岩になり、働かないと変成岩のミグマタイトになるという、違いを生じます。
　以上のことから、水が存在すると、泥岩や砂岩を原岩とした花崗岩質のミグマタイトは、比較的低温でできること判明しました。花崗岩質のマグマは、他の組成のマグマに比べて、比較的低温でマグマが形成されるということです。
　もう一つ重要なことは、泥岩や砂岩を構成する主要鉱物である石英、斜長石、正長石が一緒に溶けるときは、できるマグマも、ある一定の化学組成をもつものであるということです。そして、そのマグマの供給は、石英、斜長石、正長石のどれかがなくなるまで、同じマグマが形成されます。このような液形成のメカニズムが働くから、世界各地に、いろいろな時代、いろいろな原岩、いろいろな条件がありながら、いつも似たような花崗岩ができるのです。
　花崗岩は、いつでも（時代）、どこでも（地域）、同じようなもの（化学組成）が、たくさん（量）できるというの特徴があります。ミグマタイトという変成岩を調べることによって、その秘密が明らかになってきました。変成岩と火成岩は、こんなところで結びついていたのです。

2002年3月7日木曜日

3_26　緑色片岩

　変成岩の中で、典型的なもののひとつに、片岩（へんがん）というものがあります。片岩とは、薄い縞状のつくりをもった岩石です。特徴的な色の名前をつけて、岩石名とすることがあります。色のついた片岩は、野外で便宜的に使う名前ですが、専門語としても定着しているものもあります。緑色片岩もその一つです。緑色以外に、青、白、黒、赤などの色名がついた片岩があります。緑色と片岩という名前には、隠された地球の仕組みあります。それをみていきましょう。

　岩石は鉱物からできてます。ですから、岩石の色は、鉱物の色を反映したものです。岩石は何種類かの鉱物からできています。その平均的あるいは積分的な総和が、岩石の色としてみえます。いろんな色の鉱物にあったとしても、ある色の鉱物が大量にあり、他の色が少量であれば、その大量の鉱物の色が、岩石の色となります。多数決の原理です。
　片岩には、緑色以外にも青色、白色、黒色、赤色を持つものがあります。その色は、ある鉱物の特徴的な色なのです。緑色片岩には、緑泥石や緑閃石と呼ばれる鉱物が多く含まれます。鉱物の名前からもわかるように、どちらも緑色の鉱物です。
　片岩は、緑色の部分や黒色の部分が単独であるわけでなく、縞模様になっています。緑色片岩の部分でも、緑色の濃淡があり、縞模様がみえます。隣同士の片岩が、違う色をしているというのは、何を意味しているのでしょうか。変成岩の形成条件としては、数センチメートルほどしか離れていないので、温度や圧力などの物理的条件は、ほとんど変わらなかったはずです。違っていたのは、化学的条件だと考えられます。
　化学的条件の違いとは、化学成分の違いを意味します。変成岩になる前の岩石の種類が違っていたということです。でも、そんなことがあるのでしょうか。実は、よくあることなのです。例えば、地層では、薄い層が重なっていることがよくあります。砂岩から泥岩まで堆積岩が変化したり、堆積岩に火山灰が繰り返し挟まっていることもあります。このような地層のことを互層（ごそう）といいます。互層では、構成物の変化が、繰り返しが起こっているのです。それは、化学成分の変化の繰り返し、ともいえるのです。片岩の色の違いは、原岩の互層を反映していたのです。
　緑色片岩の原岩は、玄武岩質の火山砕屑岩です。青色片岩の原岩は、緑色片岩と同じ玄武岩質の火山砕屑岩ですが、変成条件の違うものです。黒色片岩の原岩は有機物などのたくさん含んでいる泥岩、白色片岩は石英や長石の多い砂岩やチャート、赤色片岩はマンガンの多い特殊な堆積岩からできています。
　変成岩として、もとの岩石とはまったく違った見かけとなったとしても、氏素性は隠せないのです。原岩の化学組成は、変成岩に忠実に反映されています。さらに縞模様（互層）のようは原岩のつくりも残っているのです。
　変成作用の影響も、変成岩には色濃く刻まれます。変成岩は、地下深くで圧しつぶされ、熱せられて変化したものです。片岩には、チリメンの模様のように、くしゃくしゃに曲がることもあります。あるいは地図でみなければわからないほど大規模に曲がったり（褶曲）、切れている（断層）こともあります。
　チリメン模様や、褶曲、断層の方向は、その変成岩が受けた力（応力（おうりょく）といいます）と、岩石の物理的性質（物性（ぶっせい）といいます）によって決まります。ですから、変成岩に残された褶曲や断層の痕跡を丹念に調べると、変成岩が形成されたときの応力のかかりぐあい（応力場といいます）や、応力の時間変化などが読み解けます。
　緑色片岩の緑という色と、片岩というつくりには、原岩の履歴と、変成作用の履歴が深く刻まれているのです。変成岩とは、過去の多くの事柄を背負った岩石なのです。

2002年2月28日木曜日

3_25　変成岩

　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。

3_25　変成岩

2002年2月21日木曜日

3_24　花崗岩

　日ごろ目にする石は、川原の石ころや石造りの建物、橋などの建築物が主なものかも知れれません。これらは、大地を「構成する」ものというより、大地を「構成していた」ものです。山や海岸の崖をつくっている岩石が、本当の大地を構成している岩石です。でも、私達が一番よく目にする石は、建築用の石材として、もっとも一般的な花崗岩かもしれません。今回は花崗岩をみていきます。

　前回のエッセイ（3_23　玄武岩）で、海の底を構成する岩石が、玄武岩（げんぶがん）だといいました。では、大陸を構成する岩石は、どんな岩石でしょうか。それは、花崗岩（かこうがん）という岩石です。花崗岩の特徴は、玄武岩と比べると際立ってきます。比べてみましょう。
　花崗岩は、玄武岩と比べると、マグマでできたという共通点（火成岩といいます）以外は、対照的な特徴を持つ岩石です。岩石で対照的な特徴というのは、いくつもの点で認められます。
　玄武岩は粒が細かく、花崗岩は粒が粗くなっています。玄武岩は黒っぽい岩石で、花崗岩は白っぽい岩石です。玄武岩は重く（比重が大きい）、花崗岩は軽く（比重が小さい）なっています。玄武岩の形成年代は若く、花崗岩は古くなっています。
　このような違いは、地球の起源や地球の基本的なデザインに由来するものなのです。
　粒の細かい、粗いの意味するところは、玄武岩が火山岩で、花崗岩は深成岩ということです。玄武岩はマグマが地表で急激に冷却したのに対し、花崗岩はマグマが深部でゆっくりと冷え固まったものです。
　玄武岩が黒っぽいというのは、構成する鉱物が有色のものが多く、花崗岩の白っぽいのは無色あるいは白っぽい鉱物が多いということです。有色の鉱物とは、色のついたもののことで、玄武岩をつくる鉱物では、濃い色（岩石中では黒っぽく見える）を持ちます。そして、有色鉱物は、マグネシウム（Mg、苦と表現する）と鉄（Fe）を多く含む鉱物の場合が多く、そのようなマグネシウムや鉄を多く含む鉱物は、苦鉄質（くてつしつ）鉱物といいます。
　一方、無色の鉱物とは、色のない鉱物で、一般には透明です。白っぽい鉱物は、少量含まれている成分やできた後の変質や風化によって、もともと透明な鉱物が、白っぽく見えることもあります。無色あるいは白っぽい鉱物の代表は珪酸（珪素と酸素）をたくさん含む石英や長石（アルカリ元素とアルミニウム、珪素と酸素）などです。ですから無色あるいは白っぽい鉱物とは、珪長質（けいちょうしつ）鉱物とも呼ばれます。
　鉄を多く含む鉱物は、比重が大きくなり、アルカリ元素やアルミニウムは比重が小さくなります。そのため、玄武岩のほうが比重が大きく、花崗岩が小さくなるわけです。陸地つくる岩石が花崗岩というのは、海底をつくる玄武岩より軽いから、より上にあるわけです。
　地球の基本デザインは、重たいものは下、軽いものは上です。ですから、玄武岩より花崗岩のほうが高まりをつくっているのです。海と陸の違いは、水があるかどうかの違いだけでなく、高まりを作るか、作らないかの違いなのです。本当の違いは、陸をつくる岩石（花崗岩）と海底をつくる岩石（玄武岩）の基本的特徴の違いによっています。そして、陸が高まりを形成するために、海底が相対的に低いために、低いところとして水が溜まっているのです。この定義に従えば、水のない惑星でも、海と陸の区別が可能となります。
　年代の違いは、玄武岩が海洋の中央海嶺で常につくられ、やがて海溝に戻っていくというプレートテクトニクスの作用によって数千万年程度で更新されているの対し、花崗岩は比重が小さいために、地下に潜ることなく、いったんできたら、常に大陸として、地球表層に留まります。玄武岩と花崗岩の形成年代の違いは、岩石の基本的性質（比重）と地球の基本的デザインで（プレートテクトニクス）の反映なのです。
　花崗岩という石材は、日本のものだけでなく、世界各地から輸入されたものが多くあります。花崗岩は、ありふれた、よく見かける岩石ですが、もしかするとそれは、非常に古い大陸の切れ端がまぎれてこんでいるかもしれません。そして、花崗岩達のそんな古い履歴を読み取られる日がいつかと、待っているかもしれません。

登録: 投稿 (Atom)