火成岩の分類

組織（斑状組織・等粒状組織）による火山岩・深成岩の区別と、SiO₂ の量による苦鉄質・中間質・ケイ長質の区別から、玄武岩・安山岩・流紋岩・斑れい岩・閃緑岩・花こう岩を分類し、色指数や密度の違いを判定できる

前提

火山とマグマ・火成岩（中学理科地学分野の用語と知識）

説明

火成岩は、マグマが冷えて固まってできた岩石です。この技能では、「どこでどう冷えたか」を表す組織と、「もとのマグマの化学組成」を表す $Si O_{2}$ の量という 2 つのものさしを組み合わせて、玄武岩・安山岩・流紋岩・斑れい岩・閃緑岩・花こう岩の 6 種類を表のように整理します。さらに、色指数（黒っぽさ）や密度の違いも、 $Si O_{2}$ の量から判断できるようになります。岩石の観察結果から岩石名を決める問題や、岩石の性質を比べる問題で使います。

なぜそうしてよいのか

1 つ目のものさしは組織です。マグマが地表や地表付近で急に冷えると、結晶が大きく育つ時間がないので、地下ですでにできていた大きな結晶（斑晶）のまわりを、細かい結晶やガラスからなる部分（石基）が取り囲む斑状組織になります。これが火山岩です。地下深くでゆっくり冷えると、どの鉱物も十分に大きく育ち、同じくらいの大きさの結晶がすき間なく組み合わさった等粒状組織になります。これが深成岩です。

2 つ目のものさしは $Si O_{2}$ の量（質量の割合）です。 $Si O_{2}$ が少ない岩石を苦鉄質、多い岩石をケイ長質、その間を中間質といいます（おおよそ、苦鉄質は 52 % 以下、ケイ長質は 63〜66 % 以上）。 $Si O_{2}$ が少ないマグマは鉄（Fe）やマグネシウム（Mg）を多く含むので、カンラン石・輝石・角閃石など Fe・Mg を含む黒っぽい有色鉱物が多くできます。 $Si O_{2}$ が多いマグマからは、石英や長石などの白っぽい無色鉱物が多くできます。岩石の中で有色鉱物が占める体積の割合（%）を色指数といい、苦鉄質ほど色指数が大きく黒っぽく、ケイ長質ほど色指数が小さく白っぽくなります。また、Fe や Mg を含む有色鉱物は重いので、苦鉄質の岩石ほど密度が大きくなります。

この 2 つのものさしを組み合わせると、次のように 6 種類が決まります。同じ列の火山岩と深成岩は、もとのマグマの組成が同じで、冷え方だけが違う「兄弟」の関係です。

	苦鉄質（ $Si O_{2}$ 少）	中間質	ケイ長質（ $Si O_{2}$ 多）
火山岩（斑状組織）	玄武岩	安山岩	流紋岩
深成岩（等粒状組織）	斑れい岩	閃緑岩	花こう岩
色指数・密度	大きい	中間	小さい

手順

組織を見る：斑状組織（斑晶と石基）なら火山岩、等粒状組織なら深成岩と判断する
$Si O_{2}$ の量や含まれる鉱物を見る： $Si O_{2}$ が少なく有色鉱物（カンラン石・輝石など）が多ければ苦鉄質、 $Si O_{2}$ が多く石英などの無色鉱物が多ければケイ長質、その間なら中間質と判断する
手順 1 と手順 2 の組み合わせを表にあてはめて岩石名を決める（例：火山岩 × 苦鉄質 → 玄武岩、深成岩 × ケイ長質 → 花こう岩）
色指数や密度を比べるときは、苦鉄質＞中間質＞ケイ長質の順に大きいことを使う。組織（火山岩か深成岩か）では決まらないことに注意する

例題

ある火成岩を観察したところ、同じくらいの大きさの結晶がすき間なく組み合わさっており、石英や長石などの白っぽい鉱物が大部分を占め、有色鉱物はわずかであった。この岩石について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ア　この岩石は流紋岩であり、マグマが地表付近で急に冷えてできた。
イ　この岩石は花こう岩であり、斑れい岩と比べて色指数が小さい。
ウ　この岩石は斑れい岩であり、 $Si O_{2}$ を多く含む。
エ　この岩石は花こう岩であり、玄武岩と比べて密度が大きい。

例題の解答

手順 1：同じくらいの大きさの結晶がすき間なく組み合わさっているので等粒状組織であり、深成岩である。

手順 2：石英や長石などの無色鉱物が大部分で有色鉱物がわずかなので、 $Si O_{2}$ が多いケイ長質である。

手順 3：深成岩 × ケイ長質なので、この岩石は花こう岩である。

手順 4 で各選択肢を確かめる。

ア：流紋岩は火山岩（斑状組織）であり、この岩石ではない。よって誤り。

イ：花こう岩はケイ長質、斑れい岩は苦鉄質なので、花こう岩のほうが色指数は小さい。よって正しい。

ウ：斑れい岩は苦鉄質の深成岩であり、 $Si O_{2}$ は少ない。この岩石は斑れい岩でもない。よって誤り。

エ：花こう岩はケイ長質、玄武岩は苦鉄質なので、密度は花こう岩のほうが小さい。よって誤り。

したがって、正しいものはイである。

答え:

イ

よくある誤り

$Si O_{2}$ が多い岩石ほど黒っぽく重いと考えてしまう誤り。正しくは、 $Si O_{2}$ が少ない苦鉄質の岩石ほど Fe・Mg を含む有色鉱物が多く、色指数も密度も大きい。 $Si O_{2}$ が多いケイ長質の岩石は白っぽく密度が小さい。
火山岩と深成岩の組み合わせを取り違え、玄武岩と花こう岩を同じマグマからできた兄弟だと考えてしまう誤り。正しくは、同じ組成どうしは「玄武岩と斑れい岩」（苦鉄質）、「安山岩と閃緑岩」（中間質）、「流紋岩と花こう岩」（ケイ長質）である。
斑状組織を、地下深くでゆっくり冷えてできたつくりと考えてしまう誤り。正しくは、斑状組織は地表や地表付近で急に冷えてできた火山岩のつくりで、ゆっくり冷えてできた深成岩は等粒状組織である。
色指数を、岩石全体の白っぽい鉱物の割合と考えてしまう誤り。正しくは、色指数は岩石中で有色鉱物が占める体積の割合（%）であり、黒っぽい岩石ほど大きい。

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

難易度 1（教科書の例題レベル）
火成岩の分類について述べた文として誤っているものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
- ア　玄武岩は斑状組織をもつ火山岩で、苦鉄質岩に分類される。
- イ　花こう岩は等粒状組織をもつ深成岩で、ケイ長質岩に分類される。
- ウ　安山岩と同じような化学組成のマグマが地下深くでゆっくり冷え固まると、斑れい岩になる。
- エ　斑れい岩は花こう岩に比べて色指数が大きく、密度も大きい。

この技能を使う問題

難易度 2（教科書の章末問題レベル）

火山の形とマグマの粘性の関係を調べるために、次のモデル実験を行った。

【実験】ホットケーキミックスに加える水の量だけを変えて、粘りけ（粘性）の異なる 3 種類の液体 X・Y・Z をつくった。水平に置いた板の中央に穴をあけ、液体を入れた袋を板の下から押して、同じ量の液体を穴から少しずつ板の上に押し出した。板の上にできた盛り上がりの形を観察した結果を、次の表に示す。

液体	加えた水の量	板の上にできた盛り上がりの形
X	多い	穴から四方に薄く広がった。高さは低く、傾斜はゆるやかだった
Y	中程度	X より高く盛り上がり、傾斜は X より急だった
Z	少ない	ほとんど広がらず、穴の上にドーム状に高く盛り上がった。傾斜は最も急だった

この実験で、液体の粘性が実際のマグマの粘性に対応すると考える。実験の結果とマグマの性質についての知識をもとに考えたとき、正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

ア　X の盛り上がりに相当する形の火山をつくるマグマは、Z の盛り上がりに相当する形の火山をつくるマグマよりも、SiO $_{2}$ の割合が多い。
イ　Z の盛り上がりに相当する形の火山をつくるマグマは、X の盛り上がりに相当する形の火山をつくるマグマよりも、温度が高い。
ウ　Z の盛り上がりに相当する形の火山をつくるマグマが冷え固まった火山岩は、X の場合に比べて有色鉱物の割合が少なく、白っぽい色をしていることが多い。
エ　X の盛り上がりに相当する形の火山をつくるマグマの噴火は、Z の盛り上がりに相当する形の火山をつくるマグマの噴火に比べて、爆発的な噴火になりやすい。
オ　X の盛り上がりに相当する形の火山の例として、溶岩ドーム（溶岩円頂丘）があげられる。

この技能の次に学べること

造岩鉱物とケイ酸塩鉱物（高校地学地震と火山（知識））