結論からいうと、火成岩は季節が変わっただけで花こう岩が玄武岩になるように「岩石の種類そのもの」が変わるわけではありません。しかし地表に露出した火成岩は、気温差、凍結融解、雨水、乾湿の繰り返し、塩分、生物などの影響を長く受けることで、表面が割れたり、鉱物が変質したり、色や強度が変わったりします。
つまり季節や環境による変化の中心は、火成岩が別の火成岩へ変わることではなく、風化によって表面や内部の状態が少しずつ変わることです。変化の速さは、気候だけでなく、岩石の種類、結晶の大きさ、亀裂・空隙の多さ、水の入りやすさによっても異なります。
火成岩はできた後も地表環境の影響を受ける
火成岩は、マグマや溶岩が冷えて固まってできた岩石です。花こう岩、はんれい岩、玄武岩、安山岩、流紋岩などが代表例です。
産業技術総合研究所 地質調査総合センター（GSJ）は、新鮮な岩石は一般に硬く丈夫ですが、地表で大気や水にさらされると、物理的風化と化学的風化が同時に進み、次第にもろくなると説明しています。
地表では、地下で火成岩ができたときとは温度・圧力・水分条件が大きく違います。そのため、地下では安定だった鉱物が地表環境ではゆっくり変化し、岩石全体の状態も時間とともに変わります。
季節変化で最も影響しやすいのは「温度」と「水」
季節による火成岩の変化を考えるとき、特に重要なのが温度変化と水です。
気温が上下すると、岩石をつくる鉱物はわずかに膨張・収縮します。石英、長石、黒雲母などは熱に対する膨張のしかたが完全には同じではないため、何度も温度変化を受けると、鉱物粒の境界に微細な応力が蓄積することがあります。
また、雨や雪解け水が亀裂へ入ると、化学反応が進みやすくなります。寒冷地では、その水が凍結・融解を繰り返すことで、亀裂の拡大にもつながります。
つまり季節変化は、単なる気温の上下ではなく、温度と水分の組み合わせとして岩石に作用します。
冬の凍結融解で火成岩の亀裂が広がることがある
寒冷地や高山では、岩石の割れ目に入った水が凍ったり溶けたりします。凍結時には水の状態変化と圧力によって亀裂に力が加わり、繰り返されると割れ目が少しずつ広がることがあります。
USGSは、岩石の亀裂や空隙に入った水が凍結融解を繰り返すことで、岩石の物理的風化が進むと説明しています。
日本でも、風化基岩の凍結融解に伴う熱・水分移動を扱った研究が行われており、凍結時の水分供給や間隙構造の変化が岩石破壊に関係することが示されています。
ただし、気温が低ければ必ず強く割れるわけではありません。水が十分にあるか、凍結と融解が何度も起こるか、もともとの亀裂がどれくらいあるかが重要です。
夏の高温だけで火成岩が急に壊れるわけではない
夏の日射で岩石表面は高温になることがあります。日中に温まり、夜に冷えるという温度変化が繰り返されると、鉱物粒の膨張・収縮差によって細かな亀裂が発達する場合があります。
GSJは、物理的風化が温度変化の大きい条件で進みやすいと説明しています。
ただし、普通の季節変化だけで新鮮な花こう岩や玄武岩が短期間に大きく崩壊するわけではありません。実際には、既存亀裂、雨水、塩分、乾湿など他の作用が重なり、長い時間をかけて変化が進みます。
したがって「暑い夏が一回来たから岩石が別物になる」のではなく、繰り返される環境負荷の蓄積として考える必要があります。
雨が多い環境では化学的風化が進みやすい
雨水は、火成岩をつくる鉱物と化学反応を起こします。特に長石などは、水や弱酸性の水との反応によって粘土鉱物へ変化することがあります。
USGSが花こう岩質岩石を対象に行った研究では、化学的風化速度は温度だけでなく降水量や流出量とも関係し、温暖で湿潤な条件では風化が速くなる傾向が確認されています。
このため、雨が多く気温も高い地域では、寒冷・乾燥地域より化学的風化が進みやすい場合があります。
風化が進むと、長石などが変質し、粒同士の結びつきが弱くなります。花こう岩が砂状の「まさ土」へ近づいていくのは、その代表的な例です。
乾季と雨季の繰り返しでも岩石は変化する
一年を通じて湿っている地域だけでなく、雨季と乾季がはっきり分かれる地域でも火成岩は変化します。
ぬれているときには水が亀裂や空隙へ入り、乾燥すると水が抜けます。この乾湿の繰り返しによって、鉱物表面の化学反応や粒子間の応力状態が変わり、風化が進むことがあります。
また、乾燥時に岩石内部の水分が蒸発すると、溶けていた成分が鉱物として析出する場合があります。
つまり、年間降水量だけでなく、どのような周期でぬれたり乾いたりするかも、火成岩の変化を左右します。
海岸では塩分が火成岩を傷めることがある
海岸では、波しぶきや海水によって岩石の表面や亀裂へ塩分が入ります。
その水が乾燥すると塩の結晶が成長し、空隙や亀裂の壁へ力を加えることがあります。この作用が繰り返されると、表面が粉状にはがれたり、細かな穴が広がったりします。
海岸ではさらに、ぬれる・乾く、暖まる・冷えるという変化も重なるため、内陸の同じ岩石より風化が進みやすい場所があります。
同じ玄武岩や花こう岩でも、海岸の露頭と乾燥した内陸では、表面状態が大きく違って見えることがあるのはこのためです。
火成岩の種類によって変化の速さが違う
すべての火成岩が同じ速度で風化するわけではありません。
花こう岩は、石英・長石・黒雲母など比較的大きな結晶が組み合わさっています。長石や黒雲母が化学的に変質すると粒界が弱くなり、粒状に崩れやすくなることがあります。
玄武岩では、かんらん石や輝石、火山ガラスなどが風化し、粘土鉱物や鉄酸化物へ変化することがあります。USGSの火山岩風化研究でも、かんらん石・輝石・長石・火山ガラスがそれぞれ異なる反応過程で変質することが確認されています。
したがって、同じ気温・降水条件でも、鉱物組成が違えば変化のしかたも違います。
結晶の大きさや空隙も環境変化への弱さを左右する
深成岩と火山岩では、結晶の大きさや空隙構造が異なります。
花こう岩のような深成岩では、鉱物粒の境界に沿って微細亀裂が生じることがあります。一方、玄武岩などの火山岩には、ガスが抜けた跡の気泡や細かな空隙が残る場合があります。
水が入りやすい空隙や亀裂が多ければ、凍結融解や化学反応が内部まで進みやすくなります。逆に緻密で亀裂の少ない部分は、同じ環境でも風化が遅い場合があります。
つまり、岩石名だけでなく、その岩石の組織や割れ目の状態が変化速度を左右します。
季節によって「見た目」が変わることもある
火成岩は、ぬれているときと乾いているときで色が違って見えることがあります。
乾いた粗い表面では光が強く散乱するため、白っぽく明るく見えることがあります。水でぬれると表面での散乱が減り、内部へ入る光の割合が変わるため、色が濃く鮮やかに見えることがあります。
これは短期的な「見え方」の変化であり、鉱物組成がその日のうちに変化したわけではありません。
一方、長期間の風化で鉄を含む鉱物が酸化すれば、灰色や黒色だった表面が黄褐色・赤褐色へ変化することがあります。こちらは実際の鉱物・化学状態の変化です。
生物の有無でも変化の進み方が変わる
植物や微生物も火成岩の風化に関係します。
植物の根が既存の亀裂へ入り込むと、成長によって割れ目を広げることがあります。また、土壌中では植物根や微生物が二酸化炭素や有機酸を生み出し、水との反応を通して鉱物の化学的風化を促進する場合があります。
森林に覆われた湿潤地域と、植生の少ない乾燥地では、同じ火成岩でも表面の風化環境が異なります。
そのため、「季節」の効果も、植生が活発になる時期、降水量が増える時期、土壌水分が高い時期などと組み合わさって現れます。
熱水環境では季節変化より強い変質が起こることがある
火山や地熱地域では、地表の季節変化よりも、地下から供給される高温の熱水や火山ガスの影響が大きい場合があります。
熱水が火成岩中を通ると、長石や輝石などが別の鉱物へ変化し、粘土鉱物・石英・硫化鉱物などが形成されることがあります。
このような熱水変質は、通常の雨や温度変化による風化より短い時間で岩石の色や強度を大きく変えることがあります。
したがって、火山地域で岩石が白色化・黄褐色化している場合、季節風化だけでなく熱水変質の可能性も考える必要があります。
火成岩が季節ごとに別の岩石へ変わるわけではない
ここで最も重要なのは、季節変化と岩石分類の変化を混同しないことです。
花こう岩が夏に玄武岩になったり、玄武岩が冬に安山岩になったりすることはありません。火成岩の名称は、主に鉱物組成・化学組成・組織・形成過程によって決まります。
季節や環境が変えるのは、主に表面の亀裂、風化の程度、鉱物の変質、色、空隙、強度などです。
風化が極めて長く進めば、岩石は砂・粘土などへ分解され、侵食・運搬・堆積を経て別の堆積岩の材料になることはあります。しかし、それは季節ごとの短い変化ではなく、岩石循環の長い時間スケールの変化です。
環境による違いを見ると、火成岩の履歴がわかる
火成岩の表面と内部、海岸と内陸、寒冷地と湿潤地などを比較すると、その岩石がどのような環境を経験してきたかを推定できます。
- 亀裂が多い：凍結融解、温度変化、応力などが関係した可能性があります。
- 黄褐色・赤褐色：鉄を含む鉱物の酸化が進んでいる可能性があります。
- 砂状に崩れる花こう岩：長石などの化学的風化と粒界の弱化が進んだ可能性があります。
- 海岸で表面が剥離する：塩分と乾湿サイクルが関係する場合があります。
- 白色化した火山岩：熱水変質によって鉱物組成が変わった可能性があります。
このように、火成岩の変化は環境条件を読み取る手がかりにもなります。
まとめ
火成岩が季節や環境によって変化するのは、地表で温度変化・凍結融解・雨水・乾湿・塩分・生物などの作用を受け、物理的風化と化学的風化が進むからです。
寒冷地では凍結融解、温暖湿潤地域では水を介した化学的風化、海岸では塩類風化が目立つことがあります。また、花こう岩と玄武岩では鉱物組成や空隙構造が違うため、同じ環境でも変化のしかたは同じではありません。
ただし、季節が一回変わっただけで火成岩の種類そのものが変わるわけではありません。短期的にはぬれ方や温度で見え方が変わり、長期的には亀裂・鉱物・色・強度が少しずつ変化していきます。
つまり火成岩の季節・環境変化は、「火成岩が別の火成岩になる現象」ではなく、「地表環境にさらされた火成岩が風化・変質していく過程」として理解すると正確です。
関連する「なぜ？」
参考資料
- 産業技術総合研究所 地質調査総合センター「地盤と土壌」
- 泉山寛明ほか「間隙構造の変化を考慮した風化基岩の凍結融解時における熱伝導と水分移動の解析」
- U.S. Geological Survey, Geology of Joshua Tree National Park
- U.S. Geological Survey, The effect of temperature on experimental and natural chemical weathering rates of granitoid rocks
- U.S. Geological Survey, An AEM-TEM study of weathering and diagenesis, Abert Lake, Oregon: I. Weathering reactions in the volcanics
コメント