火山岩
火砕流によって堆積した火山岩であるイグニンブライト

火山岩（学術用語ではしばしば火山岩と略される）は、火山から噴出した溶岩から形成された岩石です。他の岩石と同様に、火山岩という概念は人為的なものであり、自然界では火山岩は半深成岩と変成岩に分化し、堆積物や堆積岩の重要な構成要素となります。これらの理由から、地質学では、火山岩と浅部半深成岩は必ずしも区別して扱われるわけではありません。先カンブリア時代の楯状地質学では、「火山岩」という用語は、厳密には変成火山岩を指すことが多いです。大気中に噴出したマグマから形成された火山岩と堆積物は「火砕岩」と呼ばれ、これらも厳密には堆積岩です。

火山岩は地球表面、特に海洋において最も一般的な岩石の一種です。陸上では、プレート境界や洪水玄武岩地域に非常に多く見られます。現在の地球の陸地面積の約8%を火山岩が覆っていると推定されています。[ 1 ]

特徴

設定とサイズ

火山岩は、その形成環境と粒径に基づいて分類されます。溶岩流から発生する場合もあれば、テフラと呼ばれる破片状の物質として爆発的に噴出する場合もあります。

  • 溶岩– 溶岩が噴火して地表で固まると、玄武岩、安山岩、流紋岩などの粘性火山岩が形成されます。溶岩層の大きさや構造は様々ですが、一般的な種類としてはパホイホイ（滑らかで縄状の溶岩）やアア（粗くギザギザした溶岩）などがあります。
  • テフラ– 噴火時に噴出した破片状の火山物質。大きさや組成は様々です。テフラには以下のものが含まれます。
    • 火山弾- 火山から噴出した半溶融状態の大きな破片で、地面に到達する前に固まります。空中を飛行するため、空気力学的形状をとることがよくあります。
    • 火山礫– 直径2～64mmの岩石破片で、溶岩の滴または砕けた火山物質から形成されます。火山礫は堆積して火山角礫岩や凝灰岩を形成することがあります。
    • 火山灰– 爆発的な噴火によって生成された、粉砕された岩石、鉱物、ガラスの微粒子（2mm未満）。灰は長距離を移動し、大気質や気候に影響を与える可能性があります。

火山岩の大きさと配置は、その分布、物理的特性、環境への影響に影響を与えます。

火山砕屑岩および堆積物の分類[ 2 ] [ 3 ]
火砕堆積物
岩片の大きさ（mm） パイロクラスト 主に非固結：テフラ 主に固結した：火砕岩
64mm以上 爆弾、ブロック 凝集岩、ブロック層または爆弾、ブロック状の火山灰 凝集岩、火砕角礫岩
64～2mm ラピルス 火山礫または火山礫テフラの層、層 火山礫凝灰岩
2～1/16mm 粗い灰の木目 粗灰 粗粒（灰凝灰岩）
1/16 mm未満 細粒灰（ダストグレイン） 細かい灰（塵） 細粒凝灰岩（灰凝灰岩）

タイプ3クラスのローグ

テクスチャ

火山岩片（砂粒）の顕微鏡写真。上の写真は平面偏光、下の写真は交差偏光、左中央のスケールボックスは 0.25 ミリメートルです。

火山岩は通常、細粒または無顕晶質からガラス質の組織を呈します。しばしば他の岩石の礫や斑晶を含みます。斑晶とは、母岩よりも大きな結晶で、肉眼で識別可能です。菱形斑岩は、非常に細粒の母岩に埋め込まれた大きな菱形の斑晶を持つ例です。 [ 4 ]

火山岩は、溶岩中に閉じ込められた揮発性物質によって生じた空隙によって、しばしば気泡状の組織を呈します。軽石は、爆発的な火山噴火によって生成される、非常に気泡の多い岩石です。

化学

現代の岩石学者の多くは、火山岩を含む火成岩の起源を考察する際に、その化学的性質に基づいて分類します。同じマグマから異なる鉱物学的性質や組織が形成されることがあるため、岩石学者は火山岩の起源を考察する際に化学的な側面に大きく依存しています。

IUGSによる「総アルカリケイ酸塩」分類。無顕岩質火山岩のアルカリ（Na 2 O + K 2 O）およびシリカ（SiO 2）の相対重量含有量に基づく分類。青色の領域はアルカリ岩の分布範囲、黄色は亜アルカリ岩の分布範囲。出典：* Le Maitre, RW ( ed. ); 1989: A classification of igneous rocks and glossary of terms , Blackwell Science, Oxford.

TAS分類を用いた火成岩の化学分類は、まずケイ素とアルカリ金属（ナトリウムとカリウム）の総含有量を、シリカとアルカリ酸化物（ K 2 OとNa 2 O）の重量分率として表すことに基づいています。これにより、岩石はTAS図のいずれかの領域に配置されます。超塩基性岩とカーボナタイトには独自の分類がありますが、これらは火山岩として発生することはまれです。TAS図の一部の領域は、酸化カリウムと酸化ナトリウムの比率によってさらに細分化されます。アルミニウムや鉄の含有量など、他の成分に基づいて追加の分類が行われることもあります。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]

火山岩は、亜アルカリ性、アルカリ性、過アルカリ性の火山岩に大別されます。亜アルカリ性岩は、

SiO 2 < -3.3539 × 10 −4 × A 6 + 1.2030 × 10 −2 × A 5 - 1.5188 × 10 −1 × A 4 + 8.6096 × 10 −1 × A 3 - 2.1111 × A 2 + 3.9492 × A + 39.0

ここで、シリカと総アルカリ酸化物含有量（A）はともにモル分率で表される。TAS図では重量分率が用いられ、アルカリ岩と亜アルカリ岩の境界はモル分率で定義されるため、TAS図におけるこの曲線の位置はあくまでも近似値である。過アルカリ火山岩はNa 2 O + K 2 O > Al 2 O 3を有する岩石と定義されるため、長石に加えて、エギリンやナトリウム角閃石などのナトリウム輝石にもアルカリ酸化物が含まれているはずである。[ 9 ] [ 8 ]

火山岩の化学組成は、主マグマの初期組成とその後の分化作用という二つの要素に依存しています。ほとんどのマグマの分化は、主に結晶分化によってシリカ（ SiO 2）含有量を増加させる傾向があります。ほとんどのマグマの初期組成は玄武岩ですが、初期組成のわずかな違いによって複数の分化系列が生じることがあります。これらの系列の中で最も一般的なのは、亜アルカリ性（ソレアイト質、石灰アルカリ性）とアルカリ性です。[ 9 ] [ 8 ]

鉱物学

ほとんどの火山岩は、いくつかの共通の鉱物を共有しています。火山岩の分化は、主に分別結晶化によってシリカ（SiO 2 ）含有量が増加する傾向があります。したがって、より進化した火山岩は、長石、石英多形、白雲母を含むフィロケイ酸塩やテクトケイ酸塩など、シリカの量が多い鉱物に富む傾向があります。ケイ酸塩が依然として優勢ではあるものの、より原始的な火山岩は、カンラン石や輝石など、シリカの少ない鉱物の組み合わせを持っています。ボーエンの反応系列は、火山岩中の最も一般的な鉱物の生成順序を正しく予測します。

時折、マグマが別のマグマから結晶化した結晶を拾い上げることがあります。これらの結晶はゼノクリストと呼ばれます。キンバーライトで発見されるダイヤモンドは希少ですが、よく知られたゼノクリストです。キンバーライトはダイヤモンドを生成するのではなく、ダイヤモンドを拾い上げて地表に運びます。

ネーミング

岩石顕微鏡で観察した、細粒の基質を含む無顕晶質の火山砂粒
ラ・パルマ島産の気泡性オリビン玄武岩（緑色の斑晶はオリビンです）。
丸めた 20 ドル紙幣で支えられた15 センチメートル (5.9 インチ) の軽石は、その密度が非常に低いことがわかります。

火山岩は、その化学組成と組織に基づいて命名されています。玄武岩はシリカ含有量の低い、非常に一般的な火山岩です。流紋岩はシリカ含有量の高い火山岩です。流紋岩のシリカ含有量は花崗岩に似ていますが、玄武岩の組成は斑れい岩に似ています。中間の火山岩には、安山岩、デイサイト、粗面岩、ラタイトなどがあります。

火砕岩は爆発的な火山活動によって生成されます。多くの場合、珪長質（シリカを多く含む）です。火砕岩は、火山灰、爆弾、テフラ、その他の火山噴出物などの火山岩屑によって形成されることが多いです。火砕岩の例としては、凝灰岩や溶結凝灰岩などがあります。

浅い貫入岩は、深成岩ではなく火山岩に似た構造を持ち、火山性岩石と考えられ、火山下性岩石に分類されます。

「溶岩石」や「溶岩岩」という用語は、地質学者よりもマーケティング担当者によってよく使われます。地質学者は「火山岩」と言うでしょう（溶岩は溶融液体であり、岩石は固体であるため）。「溶岩石」は、砕けやすい珪質軽石から固体の塩基性流玄武岩まで、あらゆるものを指すことがあります。また、溶岩ではないものの、溶岩のように見える岩石（例えば、溶解孔を有する堆積性石灰岩） を指すこともあります。岩石の物理的または化学的性質について何かを伝えるには、より具体的な用語を使用する必要があります。優れたサプライヤーは、販売しているのがどのような種類の火山岩であるかを把握しています。[ 10 ]

火山岩の組成

アメリカ合衆国アイダホ州、クレーターズ・オブ・ザ・ムーン国定公園および保護区のパホエホエ溶岩の隣にある ʻAʻā 。
火山岩の一種であるラタイトのドイツの例

火山の溶岩から形成される岩石のサブファミリーは、火成岩と呼ばれます (火成岩と呼ばれる地表下のマグマから形成される火成岩と区別するため)。

様々な火山の溶岩は、冷えて固まると、その外観と組成が大きく異なります。流紋岩の溶岩流は急速に冷えると、黒曜石と呼ばれる黒いガラス質の物質に急速に固まります。同じ溶岩がガスの泡で満たされると、スポンジ状の軽石になることがあります。ゆっくりと冷えると、流紋岩と呼ばれる明るい色の均一な固体になります。

流紋岩のサンプル
インド洋のアムステルダム島の玄武岩質スコリア

溶岩は空気や水との接触により急速に冷却され、大部分が微細結晶構造を呈しているか、少なくとも噴火時にはまだ液体であった粘性の半結晶質溶岩流の一部である細粒の基質を有している。この時、溶岩は大気圧のみにさらされ、多量に含まれていた水蒸気やその他のガスは自由に放出された。これにより多くの重要な変化が生じ、最も顕著な特徴は、多数の水蒸気空洞（気泡構造）が頻繁に存在することであり、これはしばしば細長い形状に引き伸ばされ、その後、浸透によって鉱物で満たされる（扁桃体構造）。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]

岩塊がまだ地表の下でゆっくりと前進している間に結晶化が進行していたため、（基底岩塊中の）最後に形成された鉱物は、通常、移動の方向（流動または流動構造）に沿ってほぼ平行に曲がりくねった線状に配列しており、以前に結晶化したより大きな初期の鉱物も同様の配列を示す可能性がある。ほとんどの溶岩は、噴出する前に元の温度よりかなり低くなる。その挙動は、飽和温度に近づくと最初に大きく整った結晶の塊を堆積させ（不安定段階）、続いてより小さく不完全な結晶粒子の雲を沈殿させる（準安定段階）熱い水溶液とよく似ている。[ 11 ]

火成岩において、第一世代の結晶は通常、溶岩が地表に現れる前、すなわち地下深部から火山の火口へと上昇する過程で形成される。噴出したばかりの溶岩には、溶融した液体の塊に運ばれた大きな結晶が含まれていることが、観察によってしばしば確認されている。大きく、よく形成された初期の結晶（斑晶）は斑状結晶と呼ばれ、周囲の基質または基質の小さな結晶は噴出後の段階に属する。より稀なケースでは、溶岩が噴出の瞬間に完全に溶融し、その後冷えて非斑状で微細な結晶質の岩石を形成する場合があり、より急速に冷却された場合は、大部分が非結晶質またはガラス質（黒曜石、タキライト、ピッチストーンなどのガラス質岩石）となる場合がある。[ 11 ]

ガラス質岩石の共通の特徴は、中心から放射状に広がる細い繊維からなる球状体（球晶）の存在である。球晶は、石英または三日月石（トリジマイト）と混ざった不完全な長石結晶から成り、ガラスをゆっくりと冷却することで、同様の球晶が人工的に生成されることが多い。稀に、これらの球晶は中空であったり、同心円状の殻の間に隙間（岩相）が形成された構造を呈することがある。パーライト構造もまたガラスによく見られるが、これは冷却時の収縮によって生じた同心円状の丸い亀裂である。[ 11 ]

火山岩、ポルト・モニス、マデイラ島

斑晶あるいは斑状鉱物は、基質のものよりも大きいだけでなく、形成時に母岩がまだ液体であったため、隣接する結晶の圧力に邪魔されることなく、完全な結晶形状を自由に取ることができた。斑晶は基質と同様にガラス質または微細結晶質の物質で満たされていることから、急速に成長したと考えられる。斑晶を顕微鏡で観察すると、複雑な歴史を辿ってきたことが明らかになることが多い。斑晶には異なる組成の層が見られることが多く、色やその他の光学的特性の変化によってそれが示される。例えば、輝石は中心が緑色で周囲を様々な色合いの茶色が取り囲んでいる場合もあれば、中心が淡緑色で周辺部が濃い緑色で強い多色性（エギリン）を呈している場合もある。[ 11 ]

長石では、中心部は通常、周囲の層よりもカルシウムに富んでおり、その後、その内部よりもカルシウム含有量の少ない層が連続して見られることが多い。石英（および他の鉱物）の斑晶は、鋭く完全な結晶面ではなく、丸みを帯びた腐食面を呈し、先端は鈍化し、母岩が結晶質に舌状に不規則に突出している。鉱物が結晶化した後、母岩が固まる前のある時期に、部分的に再溶解または腐食されたことは明らかである。[ 11 ]

一部の溶岩には、黒雲母や角閃石の腐食斑晶が非常に多く含まれており、淡緑色の輝石が混じった磁鉄鉱の黒い縁取りに囲まれています。角閃石または黒雲母は、固結の特定の段階で不安定になり、輝石と磁鉄鉱の準結晶に置き換わったものです。準結晶は元の結晶の一部または全部を置換している場合もありますが、特徴的な輪郭は保持されています。[ 11 ]

火山岩の機械的挙動

火山岩の機械的挙動は、その複雑な微細構造によって複雑になっています。[ 15 ] [ 16 ]例えば、空隙空間の分割（細孔とマイクロクラック）、細孔と結晶のサイズと形状、熱水変質などの属性は、火山岩によって大きく異なり、結果として生じる機械的挙動（例えば、ヤング率、圧縮強度と引張強度、脆性挙動から延性挙動に遷移する圧力[ 15 ]）に影響を及ぼす可能性があります。他の地殻岩石と同様に、火山岩は有効拘束圧が低い場合は脆く、高い場合は延性を示します。脆性挙動は断層や破砕として現れ、延性挙動は分散している場合（破砕性細孔崩壊）または局所的である場合（圧縮帯）があります。[ 15 ]火山岩の機械的挙動を理解することは、山腹崩壊などの火山災害をよりよく理解するのに役立ちます。

参照

参考文献

  1. ^ Wilkinson, Bruce H; McElroy, Brandon J; Kesler, Stephen E; Peters, Shanan E; Rothman, Edward D (2008). 「地球規模の地質図はテクトニックの速度計である ― 地域・年代頻度から推定した岩石循環速度」. Geological Society of America Bulletin . 121 ( 5–6 ): 760–79 . Bibcode : 2009GSAB..121..760W . doi : 10.1130/B26457.1 .
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