結論からいうと、岩石と岩石循環が関係しているのは、岩石循環そのものが「岩石が地球上で別の種類の岩石へ繰り返し変化していく仕組み」を表しているからです。火成岩・堆積岩・変成岩は、それぞれ別々に存在しているのではなく、風化・侵食・堆積・固結・変成・融解・冷却といった作用を通して互いに変わることがあります。
たとえば、マグマが冷えて固まれば火成岩になります。その火成岩が地表で風化して砕かれ、川や風で運ばれて堆積し、長い時間をかけて固まれば堆積岩になります。さらに地下深くへ運ばれて高温・高圧の影響を受ければ変成岩になり、もっと高温になって溶ければ再びマグマになります。この一連の変化をまとめた考え方が岩石循環です。
岩石循環とは何か
岩石循環とは、地球上の岩石がさまざまな地質作用によって別の状態や別の種類の岩石へ変わっていく過程を、循環として捉えたものです。英語では「rock cycle」と呼ばれます。
産業技術総合研究所 地質調査総合センター（GSJ）の地質標本館では、岩石をでき方に応じて堆積岩・火山岩・深成岩・変成岩に分類しています。火山岩と深成岩はまとめて火成岩と呼ばれ、マグマが冷え固まってできます。堆積岩は、地表の岩石が風化して生じた物質などが運ばれ、たまって固まることでできます。変成岩は、もとの岩石が地下の高温・高圧の環境に置かれ、固体のまま鉱物組成や組織を変えることでできます。
つまり、岩石循環とは「3種類の岩石を順番に覚えるための図」ではありません。岩石がどのような地球の働きによって生まれ、変化し、再び別の岩石になるのかを示すモデルです。
火成岩・堆積岩・変成岩はどうつながるのか
マグマが冷えると火成岩になる
岩石循環の一つの出発点としてわかりやすいのがマグマです。地下にある高温の溶融物であるマグマが冷えて結晶化すると、火成岩ができます。
地表近くや地表で比較的急速に冷え固まったものは火山岩、地下深くでゆっくり冷えたものは深成岩と呼ばれます。たとえば玄武岩は代表的な火山岩、花崗岩は代表的な深成岩です。
ただし、岩石循環には決まった「最初」があるわけではありません。USGSも、岩石循環は火成岩・堆積岩・変成岩が相互に変化するモデルであり、どこからでも循環をたどれると説明しています。
風化・侵食・堆積を経て堆積岩になる
地表に露出した岩石は、雨水、温度変化、凍結、酸化、生物の働きなどによって風化します。さらに、川の流れ、風、波、氷河などによって削られ、運ばれます。
このとき生じた砂、泥、礫などの粒子が低い場所や海底などにたまり、圧密やセメント作用によって固まると、砂岩、泥岩、礫岩などの堆積岩になります。GSJも、堆積岩について「地表に露出する岩石が風化し細かくなった物質が、運ばれ、別の場所にたまってできる岩石」と説明しています。
この過程を見ると、もともと火成岩だった岩石が、地表で砕かれ、別の場所で堆積岩になることがわかります。もちろん、変成岩や別の堆積岩が風化・侵食されて、新しい堆積岩の材料になることもあります。
高温・高圧を受けると変成岩になる
火成岩や堆積岩などが地下深くへ運ばれ、強い熱や圧力を受けると、岩石をつくる鉱物の組み合わせや結晶の並び方が変わることがあります。このように、岩石が完全には溶けないまま変化してできたものが変成岩です。
USGSは、変成岩について、もとの火成岩・堆積岩・既存の変成岩が高温、高圧、鉱物を含む熱水などの影響で大きく変化した岩石と説明しています。たとえば石灰岩が変成作用を受けて大理石になることや、泥質の岩石が変成して片岩や片麻岩へ変わることがあります。
重要なのは、変成岩は「一度できた岩石がそのまま終わる」のではなく、さらに別の変化へ進む可能性があるということです。
変成岩やほかの岩石が溶けると再びマグマになる
地下深くで温度が十分に高くなると、岩石は部分的または全面的に溶融し、マグマになります。そのマグマが移動し、再び冷えて固まれば新しい火成岩になります。
つまり、火成岩から堆積岩へ、堆積岩から変成岩へ、変成岩からマグマへ、そして再び火成岩へ、という流れが成り立ちます。このようにして岩石の材料は地球内部と地表の間を長い時間をかけて移動し続けます。
GSJは、変成岩の存在について、地球表層から内部深くに至る物質循環が起きている証拠だと説明しています。岩石循環は、単に岩石の分類をつなぐ考えではなく、地球全体が長期的に物質を動かしていることを示す考え方でもあります。
岩石循環には決まった一方向の順番はない
岩石循環を円形の図で見ると、「火成岩→堆積岩→変成岩→マグマ→火成岩」という順番で必ず進むように感じるかもしれません。しかし、実際にはもっと複雑です。
たとえば、火成岩が地下で高温・高圧を受ければ、堆積岩を経ずに変成岩になることがあります。堆積岩が隆起して地表へ出れば、そのまま風化・侵食され、再び堆積物になります。変成岩も地表へ露出すれば風化し、堆積岩の材料になることがあります。
USGSの岩石循環図でも、火成岩・堆積岩・変成岩・堆積物・マグマの間には複数の矢印が描かれています。つまり、岩石循環は一本道ではなく、さまざまな経路を持つネットワーク型の循環と考えるほうが自然です。
なぜ岩石は循環できるのか
岩石が循環できる背景には、地球の内側と表面の両方でエネルギーが働いていることがあります。
地球内部の熱が岩石を変える
地球内部には高い熱があり、それがマグマの生成や変成作用に関わります。また、プレート運動によって岩石が地下深くへ運ばれれば、高温・高圧の環境に置かれます。逆に、火山活動や地殻変動によって地下の物質が地表側へ移動することもあります。
USGSは、プレートテクトニクスが現在と過去の多くの地質作用に直接または間接的に影響していると説明しています。海洋プレートの沈み込み、山脈の形成、火山活動、地殻の隆起などは、岩石循環の経路をつくる重要な要素です。
太陽エネルギーと重力が地表の循環を進める
一方、地表では太陽による気温変化や水の循環、重力などが、風化・侵食・運搬・堆積に関わります。雨が降り、川が流れ、斜面から土砂が移動することで、岩石は細かく砕かれ、別の場所へ運ばれます。
このように岩石循環は、地球内部の熱だけで動くものでも、地表の水や風だけで動くものでもありません。地下と地表の作用が組み合わさることで成り立っています。
岩石循環とプレートテクトニクスはどう関係するのか
岩石循環を大きなスケールで理解するには、プレートテクトニクスとの関係が重要です。地球の表面を覆うプレートは長い時間をかけて移動しています。
プレートどうしが近づく場所では、岩石が圧縮されて地下へ押し込まれ、変成作用を受けたり、一部が溶融してマグマをつくったりします。一方、山地が隆起すると、地下にあった岩石が地表に現れ、風化や侵食を受けるようになります。
また、海嶺などではマグマが上昇して新しい海洋地殻がつくられ、沈み込み帯では古い海洋プレートが地球内部へ戻っていきます。この大規模な物質移動も、岩石が長い時間をかけて再利用される仕組みの一部です。
そのため、岩石循環は「岩石の変化」を、プレートテクトニクスは「地球の外側の硬い層がどう動くか」を説明する考えですが、両者は密接に関係しています。
岩石循環はどれくらいの時間で起こるのか
岩石循環には、水の循環のような短い周期はありません。変化の種類によって必要な時間が大きく異なります。
火山の噴火で溶岩が冷えて岩石になる過程は比較的短時間で進む場合があります。一方、岩石が風化し、侵食され、海底に堆積し、深く埋没して変成し、さらに隆起して地表へ戻るまでには、数百万年から数億年という地質学的な時間が関係することがあります。
したがって、私たちが目の前で見る一つの岩石も、「今の姿になるまでに多くの地質作用を経験してきた途中の状態」と考えることができます。
岩石循環を知ると何がわかるのか
岩石循環を理解すると、岩石の種類だけでなく、その岩石がどのような環境を経てきたのかを考えられるようになります。
たとえば、堆積岩がある場所では、過去に砂や泥などがたまる環境があった可能性があります。変成岩が見つかれば、その岩石が過去に地下深くの高温・高圧環境を経験したことを示す手がかりになります。火成岩は、過去のマグマ活動や火山活動を知る手がかりになります。
このように、岩石循環は地球の歴史を読み解く基本的な考え方です。岩石を単なる「石」として見るのではなく、地球内部と地表を移動しながら変化してきた物質として見ることで、地形や地質の成り立ちが理解しやすくなります。
まとめ
岩石と岩石循環が関係しているのは、岩石循環が、岩石が地球上でつくられ、別の岩石へ変化し、再び新しい岩石になる一連の仕組みを表しているからです。
マグマが冷えれば火成岩になり、岩石が風化・侵食されて堆積・固結すれば堆積岩になります。岩石が地下で高温・高圧を受ければ変成岩となり、さらに溶融すれば再びマグマになります。
しかも、この変化には決まった一方向の順番はなく、火成岩が直接変成岩になったり、変成岩が風化して堆積物になったりするなど、さまざまな経路があります。岩石循環とは、地球が長い時間をかけて岩石の材料を繰り返し作り替えていることを示すモデルなのです。
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