変成岩とは｜定義・形成過程・種類（大理石・スレート・石英岩）の特徴

変成岩の定義と形成過程を図解で丁寧に解説。大理石・スレート・石英岩の特徴、生成条件や見分け方、利用例までわかりやすく紹介。

変成岩とは、極端な熱と圧力によって化学的・鉱物学的・組織的に変化した岩石の一種です。語源はギリシャ語の meta（変化）と morphe（形）に由来し、「形が変わった岩」を意味します。元の岩石（原岩、プロトリス）は堆積岩、火成岩、あるいはより古い変成岩であることがあります。

変成の条件（温度・圧力・流体）

変成作用は主に温度・圧力・流体（特に水や酸化物を含む熱水）の組合せで進行します。代表的な条件は以下の通りです。

• 温度：約150℃から数百度（低温〜高温の範囲）。一般的には低温変成（約150–300℃）、中温（約300–600℃）、高温（>600℃）に分類されます。
• 圧力：地中深部での側圧や覆圧により数十〜数千メートルの地層で生じる。もとの文章にある（1500バール）のような高い圧力条件も報告されますが、圧力は通常数十〜数百MPa（数百〜数千バール）程度の範囲に相当します。
• 流体：熱水や揮発性成分は鉱物の化学組成を変えやすく、変成を促進します（熱水変成）。

変成作用の種類

• 接触変成（接触型）：マグマの貫入に近い場所で、熱が強く支配する。高温・低圧で、鉱物の再結晶化が主となる。
• 地域変成（造山運動型）：プレート収束や山岳形成に伴い広範囲で生じる。高圧・高温条件が作用し、片麻岩や片岩などの層状構造が発達することが多い。
• 動的変成（せん断変成）：断層帯などで局所的に強い圧力やせん断を受けて生じる。断層岩やミルオンナイトなど。
• 熱水変成：熱水の作用で化学組成が変化する。海洋底の黒鉱床周辺などで見られる。

テクスチャ（組織）と鑑定のポイント

変成に伴って鉱物の再結晶や配列が進むため、元の堆積構造や化石はしばしば消失します。代表的な特徴は：

• 片理（foliation）：圧力により薄い鉱物（雲母類など）が平行に並び、層状に割れやすくなる（例：片岩、片麻岩）。
• 縦線理（lineation）：鉱物が線状に配列すること。
• 斑晶（ポーフィロブラスト）：大きく成長した鉱物（ガーネットなど）が周囲の基質中に孤立して見えることがある。
• 再結晶：粒径が大きく、鉱物粒が互いに噛み合うような組織（例：大理石、石英岩）。

変成度と指標鉱物

変成度（温度・圧力の強さ）に応じて出現する代表的な指標鉱物があります。例えば、低変成度ではクロライトやカルサイト、中変成度では黒雲母・角閃石、高変成度ではガーネット・キン石・シリマナイトなどが出現します。これらは原岩の種類と共に変成条件を推定する際に重要です。

代表的な変成岩と特徴

• 大理石は石灰岩から形成された変成岩です。
• スレートとは、変成泥岩や頁岩のことです。
• 石英石は変成砂岩です。

上の例について、もう少し詳しく説明します。

• 大理石（marble）：主に方解石（カルサイト）が再結晶してできるため、粒が粗く光沢がある。酸により泡を出す（塩酸への反応）。彫刻や建材に利用される。
• スレート（slate）：泥岩や頁岩が低〜中変成で薄く割れやすい片理（板状の割れ）を示すようになったもの。屋根材や黒板材として古くから利用される。変成により化石や層理は消失・不明瞭になることが多い。
• 石英岩（quartzite）：砂岩のシリカが再結晶して粒子同士が強固に結合した岩。非常に硬く風化に強い。表面はガラス光沢を示すことがある。

変成岩の利用と地質学的意義

変成岩は建築材や装飾材としての利用が多いほか、地球の造山過程やプレート運動、堆積環境の履歴を知る上で重要な手がかりを与えます。指標鉱物や岩石組織から変成条件を逆推定することで、地殻変動の歴史や温度・圧力条件を復元できます。

まとめると、変成岩は原岩が高温・高圧・流体の作用を受けて鉱物組成や組織を変えた岩石であり、場所や条件によって多様な種類と特徴を示します。再結晶により元の化石や堆積構造は失われることが多く、鉱物学的特徴や組織からその生成過程を読み取ることができます。

変態の種類

地域変態

地域変成作用、すなわち動的変成作用は、岩石の大きな塊の中で起こります。岩石は、地表よりも深いところにいるだけで変成することができます。そこでは、高温と上の岩石層の大きな重さを得ることができます。

下部大陸の地殻の大部分は、最近の火成岩の侵入を除いて変成している。大陸同士の衝突のような水平方向の地殻変動が、造山帯を形成している。これらの帯に沿って高温、高圧、変形が発生します。変成した岩石が後に隆起して侵食によって露出した場合は、地表に長い帯などの大きな領域が見られる。

接触変態

接触変成は、マグマが周囲の固い岩石（田舎岩）に注入されることで起こります。マグマが岩石と接触したところで変化が最も大きくなります。温度はそこが最も高く、そこからの距離があるほど低下していました。

変成鉱物

変成鉱物とは、変成の高温高圧下でのみ形成される鉱物のことです。これらの鉱物は指標鉱物と呼ばれ、シリマナイト、カイヤナイト、スタウロライト、アンダルサイト、一部のガーネットなどがあります。

他にも、カンラン石、輝石、アンフィボル、ミカ、長石、石英などの鉱物が変成岩に含まれていることがあります。これらの鉱物は必ずしも変成の過程の結果ではありません。これらの鉱物は、火成岩の結晶化の過程で形成されたものです。これらの鉱物は高温高圧下でも安定しており、変成の過程で化学的に変化しないことがあります。

ユタ州ワサッチ山脈、ビッグコットンウッドキャニオンのミシシッピアン大理石


カナダの先カンブリア紀のカルサイトと蛇紋石が層間になってできた接触変成岩。かつてはEozoön canadenseと呼ばれる化石と考えられていた。目盛はmm単位。

質問と回答

Q:変成岩とは何ですか?

Q:変成岩の例として、どのようなものがありますか?

Q:変成岩はどのように形成されるのですか?

Q:形成過程で、原岩に含まれる化石はどうなるのでしょうか?

Q:この強烈な熱と圧力はどこから来るのでしょうか?

Q:この変化が起こるには、どの程度の温度に達する必要があるのでしょうか?

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