溶岩:形成、地質学、種類
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溶岩:マントル溶融から火山岩へ
溶岩は地表に達し、熱とガスを失い火山岩となるマグマです。その最終形態は、溶融物の生成方法、噴火場所、含まれるケイ素とガスの量、空気中、水中、地殻下、または空中の破片として冷却されたかによって決まります。
溶岩とは何か?
溶岩は地表で噴出する溶融または部分的に溶融した岩石です。地表下ではマグマと呼ばれ、噴出口、割れ目、断層から出ると溶岩となり、外生火成岩に冷え固まります。
急速な冷却により、溶岩は特徴的な細粒状、ガラス質、または多孔質のテクスチャーを持ちます。密な玄武岩、多孔質のスコリア、淡色の軽石、光沢のある黒曜石、塊状のドーム岩、丸みを帯びた海底の枕状溶岩は、見た目は大きく異なってもすべて火山生成物です。これらの違いは溶融物の化学組成、ガス含有量、温度、粘度、結晶含有量、冷却環境によります。
溶岩流
表面を移動する一体化した溶融岩体。玄武岩質の流れは遠くまで移動することがありますが、ケイ素に富む流れは通常短く、厚く、急な側面を持ちます。
溶岩破片
溶岩流から投げ出されたり、飛び散ったり、引き裂かれたり、破片となったもの。ボム、スパッター、シンダー、スコリアは噴火の動きやガス含有量を保存します。
溶岩ガラス
結晶が成長する前に急速に冷却された溶融物。黒曜石やタキライトは重要なガラス質の火山物質です。
マグマの形成方法
マグマは固体の岩石が部分的に融解する条件が整ったときに形成されます。主な3つの経路は減圧、揮発性物質の添加、熱伝達です。
減圧融解
高温のマントルが上昇し、圧力が冷却よりも速く低下します。これにより大幅な温度上昇なしに部分融解が可能になります。減圧融解は中央海嶺、大陸リフト、多くのホットスポットシステムに供給され、一般的に玄武岩質マグマを生成します。
フラックス融解
沈み込むプレートから放出される水やその他の揮発性物質が、上部マントルウェッジの融点を下げます。このプロセスは火山弧の中心であり、安山岩質やデイサイト質のマグマが一般的です。
熱伝達による融解
高温のマフィックマグマが冷たい地殻に侵入し、熱を伝えます。大陸環境では、これがケイ素に富む溶融物、カルデラ、ドーム、黒曜石を含むシステムに関連するリオライト質マグマの生成を助けることがあります。
噴火前のマグマの進化
融解が始まった後、マグマは分別結晶、周囲の岩石の同化、マグマ混合、揮発性物質の喪失、地殻内貯留によって変化することがあります。これらの過程は、ある火山地帯が異なる時期に玄武岩、安山岩、デイサイト、流紋岩を噴出する理由を説明するのに役立ちます。
構造環境
溶岩の組成と噴火様式は、構造環境と強く結びついています。各環境は熱、圧力、水、地殻との相互作用、マグマ貯留のバランスを異なって供給します。
| 環境 | 融解過程 | 典型的な溶岩産物 | 地質学的表現 |
|---|---|---|---|
| 中央海嶺 | 上昇するマントルの減圧融解。 | トレイライト玄武岩、ピロー溶岩、シートフロー、岩脈。 | 海洋地殻と海底火山稜の形成。 |
| 沈み込み帯 | スラブ由来の水と揮発性物質によるフラックス融解。 | 玄武岩、安山岩、デイサイト、流紋岩、ドーム、塊状流。 | 島弧、大陸弧、成層火山、爆発的中心。 |
| ホットスポット | マントルプルームや長寿命の熱異常における減圧融解。 | 玄武岩質盾状火山、アルカリ玄武岩、溶岩管、パホイホイ、アア。 | 海洋島、盾状火山、長い火山鎖。 |
| 大陸リフト | 伸張、減圧、地殻の熱移動。 | 玄武岩から流紋岩、黒曜石流、ドーム、アルカリ性溶岩まで。 | リフト谷、割れ目システム、火山地帯、カルデラ複合体。 |
| 大規模火成岩省 | 大量のマントル融解と割れ目噴火。 | 洪水玄武岩、厚い流れの連続、溶岩台地。 | 層状火山台地と広大な玄武岩地帯。 |
化学組成、温度、粘度
シリカ含有量は溶岩の挙動を最も強く制御する要素の一つです。低シリカの玄武岩質溶岩はより高温で流動的、高シリカの流紋岩質溶岩はより冷たく粘着性が高く、ガスを閉じ込めたりガラスに急冷したりしやすいです。
| 溶岩の種類 | 典型的なSiO2含有量2 | 典型的な噴火温度 | 相対粘度 | 一般的な産物 |
|---|---|---|---|---|
| 玄武岩質 | 約45〜52重量% | 約1100〜1250°C | 低い | パホイホイ、アア、溶岩管、シートフロー、ピロー溶岩、スコリア。 |
| 安山岩質 | 約52〜63重量% | 約900〜1100°C | 中程度 | 塊状流、複合円錐溶岩、スパッター、角礫岩。 |
| デイサイト質 | 約63〜69重量% | 約800〜950°C | 高い | 短く厚い流れ、ドーム、スパイン、軽石の縁。 |
| 流紋岩質 | 約69重量%以上 | 約650〜850°C | 非常に高い | 黒曜石、軽石、流れ帯状溶岩、ドーム、クーレ。 |
なぜガスがすべてを変えるのか
水、二酸化炭素、二酸化硫黄などの揮発性物質は、深部のマグマに溶け込んでいます。マグマが上昇して圧力が下がると、これらの揮発性物質は気泡を形成します。溶岩が流動的であれば、ガスはより簡単に逃げることができます。溶岩が粘性であれば、ガスは閉じ込められ、軽石、爆発的な破砕、または圧力によるドームの成長を引き起こすことがあります。
地表および海底の流れのスタイル
溶岩流のスタイルは、粘度、傾斜、噴出速度、冷却速度、結晶含有量、地殻形成の直接的な表現です。玄武岩質のシステムは滑らかでギザギザした形状の両方を生み出すことができ、シリカを多く含む溶岩は一般的に短く厚い塊状の塊を形成します。
パホイホイ
流動的な玄武岩は薄く柔軟な殻を形成し、溶岩がその下で動き続けるときにしわや折り目ができる。その結果、滑らかでロープ状、膨らんだ、または貝殻状の表面ができる。
ʻAʻā(アア)
破壊された玄武岩流は角ばったクリンカーに分かれ、粗い擦れる表面で動く。これは溶岩が冷たく、より結晶質で、または高いひずみの下で動くときに一般的に形成される。
塊状流
安山岩質から流紋岩質の溶岩はしばしば厚い流れを形成し、割れた塊状の表面を持つ。内部は熱く柔軟なままで、外側の殻は角ばった板状に割れることがある。
溶岩ドーム
非常に粘性の高いデイサイト質または流紋岩質溶岩は、遠くまで流れずに噴出口近くに積み重なることがある。ドームは房状、スパイン、またはクーレとして成長し、その崩壊は塊状と火山灰の堆積物を生成することがある。
枕状溶岩
水中噴火により溶岩が丸みを帯びた房状に急冷され、ガラス質の冷却縁を持つ。枕状溶岩は海底または氷下噴火を記録し、海洋玄武岩で一般的。
溶岩管
玄武岩の流れは表面が固まる一方で、液状の溶岩が熱的に絶縁された内部を流れることがある。流れが空になると、洞窟のような管を残すことがある。
溶岩の地質学的種類
溶岩の種類は組成と質感の組み合わせとして最もよく理解される。玄武岩、安山岩、流紋岩のような名前は化学組成と鉱物学を示し、スコリア、軽石、黒曜石、枕状溶岩のような名前は質感や噴火環境を示す。
| 種類 | 組成または過程 | 目に見える特徴 | 記録される内容 |
|---|---|---|---|
| 玄武岩 | マフィックで低シリカ溶岩。 | 濃色で細粒、時に多孔質または斑状。 | リッジ、ホットスポット、リフト、洪水玄武岩地帯で一般的な熱く流動的な溶岩。 |
| 安山岩 | 中間質溶岩で、しばしば火山弧に関連。 | 灰色から茶色で、一般的に斑状、塊状、または角礫状。 | 水分豊富な沈み込み帯や地殻進化の影響を受けたより粘性の高い溶岩。 |
| デイサイト | シリカ豊富な中間質からフェルシック溶岩。 | 淡灰色から茶色で、塊状のドーム形成、時に軽石状。 | 高粘度、高ガス保持、短く厚い流れやドーム。 |
| 流紋岩 | 高シリカ溶岩。 | 淡色から赤みがかった、流れに沿った縞模様のある、ガラス質で軽石状、またはドーム形成。 | 黒曜石、軽石、ドーム、または縞模様の流れとして冷却するシリカ豊富な溶融物。 |
| 黒曜石 | 急冷された火山ガラスで、通常は流紋岩質。 | 光沢のある黒、茶色、灰色、または縞模様のガラスで、貝殻状の割れ目がある。 | 冷却が非常に速く、結晶が成長する時間がなかった。 |
| スコリア | ガスが豊富なマフィックから中間質の溶岩片。 | 濃色、赤色、または茶色の多孔質岩で、気泡の壁が厚い。 | 脱ガス、酸化、そしてスコリアを生成する噴火様式。 |
| 軽石 | ガスが豊富なフェルシック溶岩が泡立ったガラス状に膨張したもの。 | 淡色で多孔質、軽量な物質で、最初は浮くことがある。 | 揮発成分が豊富な爆発的または溢出的な珪長質活動。 |
| スパッターと爆弾 | 噴出口から噴出した溶融断片。 | 溶着した塊、ねじれたリボン、紡錘形爆弾、パンの皮状形態。 | 溶岩がまだ可塑性または溶融状態のときの断片化と形成。 |
冷却構造と流動後の特徴
溶岩の流動が止まると、冷却は新たな構造を岩石に刻み続けます。これらの特徴は地質学者が流れの方向、冷却履歴、水との相互作用、後の変質を再構築するのに役立ちます。
柱状節理
厚い流れや溶岩湖は冷却時に多角形の柱状節理に収縮することがあります。柱は冷却面にほぼ垂直に成長します。
流れの帯状構造
シリカ豊富な溶岩や黒曜石は、最終冷却前のわずかに異なる溶融層の動きによる筋、折り目、帯を保存することがあります。
冷却縁
溶岩が水、湿った堆積物、氷、冷たい空気に接触すると、ガラス質の縁や細粒の皮膜が形成されることがあります。
節理と亀裂
冷却収縮、流れの膨張、後の応力が亀裂を作り、流体や二次鉱物の成長を導きます。
溶岩の膨張
流動性のある玄武岩は地殻の下で供給を続け、表面を持ち上げてトゥムリ、圧力隆起、空洞を作ることがあります。
アミグダル
気孔は後に方解石、石英、玉髄、ゼオライト、クロライト、エピドートなどの鉱物で満たされ、アミグダロイド溶岩を形成することがあります。
気孔、アミグダル、ガスの記録
気孔は凍結したガスの泡です。その大きさ、形、豊富さ、配列はガスの逃げ方、溶岩の流速、流れの冷却方法を示します。
- 丸い気孔は泡があまり伸びずに保存されたときに形成されます。
- 伸長した気孔は溶岩がまだ柔らかい間の流動やせん断を記録します。
- 気孔が多い流れの上部はしばしば玄武岩流の上部近くにガスが集まることを示します。
- アミグダルは流体が後に岩石を通り、二次鉱物を沈着させたことを示します。
- 軽石の泡はシリカ豊富なガラスの極端な気泡形成を表します。
識別と類似物
溶岩は質感、文脈、鉱物組成、密度、磁性、破断面で識別されます。色だけでは信頼できません。なぜなら工業用スラグ、炉のクリンカー、人工ガラス、石炭廃棄物、染色された多孔質材料が火山岩に似ていることがあるからです。
役立つ手がかり
- 気孔は丸みを帯びていたり、伸びていたり、開いていたり、鉱物で満たされていたりします。
- 玄武岩は一般的に密度が高く暗色で、鉄チタン酸化物のために弱い磁性を持ちます。
- 黒曜石はガラス光沢と貝殻状破断面を示します。
- 軽石は多くの密閉された気孔があるため異常に軽いです。
- 火山の文脈が識別を強く支持します。
スラグとクリンカー
スラグは暗色で多孔質の場合がありますが、金属の滴、人工的な色、工業用ガラスの表面、または鋳造所、鉄道の路床、炉、廃棄場に関連する文脈を含むことがあります。
天然ガラスと人工ガラスの違い
黒曜石と人工ガラスはどちらも貝殻状に割れます。流動帯状構造、球状体、火山包有物、地質学的文脈が黒曜石の識別を助けます。
取り扱いとケア
密な玄武岩や多くの溶岩標本は展示に適していますが、多孔質やガラス質のものはより注意が必要です。軽石やスコリアは薄い泡の壁から粒子が落ちることがあり、黒曜石は非常に鋭い縁を持つことがあります。熱衝撃、沸騰水、直火、そして多孔質材料に染み込んで表面を変える重い油やワックスは避けてください。
清掃
柔らかいブラシ、エアバルブ、または乾いた布を使ってください。安定した玄武岩は短時間すすいでよく乾かせますが、多孔質のスコリアや軽石は濡れたままにしないでください。
保管
黒曜石や他の鋭いガラス片は、縁で皮膚を切ったり隣の標本を傷つけたりしないように包んでください。壊れやすい軽石やスコリアは下から支えてください。
展示
側面からの照明は、気泡、流線、ガラスの光沢、鉱物で満たされたアミグダルを強い直射光よりもよく見せます。
よくある質問
溶岩は常に玄武岩ですか?
いいえ。玄武岩は地球表面で最も広く分布する溶岩タイプで、特に海洋やホットスポット環境で多いですが、溶岩は安山岩質、デイサイト質、流紋岩質、またはより珍しい組成であることもあります。
なぜ一部の溶岩流は滑らかに見え、他はギザギザに見えるのですか?
滑らかなパホイホイとギザギザのʻaʻāはどちらも玄武岩質であり得ます。違いは温度、結晶度、ガス含有量、傾斜、流速、そして外側の地殻が破れたり折れたりする方法にあり、内部は動き続けます。
溶岩はどのようにして黒曜石になるのですか?
黒曜石はシリカを多く含む溶岩が非常に速く冷却され、結晶が成長する時間がないときに形成されます。その結果、光沢のある火山ガラスと貝殻状の割れ目ができます。
なぜ軽石は浮くことができるのですか?
軽石は多くの密閉されたガス泡を含んでいるため、その密度は水よりも低くなることがあります。一度水が細孔ネットワークに入ると、かつて浮いていた軽石の塊は最終的に沈むことがあります。
溶岩中のアミグダルとは何ですか?
アミグダルはかつてのガス泡が後に流体によって運ばれた鉱物で満たされたものです。一般的な充填物には方解石、石英、玉髄、ゼオライト、クロライト、エピドートが含まれます。
溶岩は水中で形成されますか?
はい。海嶺や海洋火山環境では海底噴火が一般的です。水中に噴出した溶岩は、ガラス質の冷えた縁を持つ枕状構造を形成することが多いです。
形成の物語を一目で見る
溶岩は深い地質学的プロセスの目に見える終着点です:岩石が部分的に溶け、マグマが上昇し、ガスが膨張し、溶融物質が空気、水、氷、または開けた地面に現れます。その瞬間から、冷却が動きを質感に変え始めます。ロープ状の玄武岩、ギザギザのʻaʻā、枕状溶岩、黒曜石ガラス、軽石の泡、スコリア、ドーム、管状構造、柱状節理、気泡、アミグダルはすべて同じ変化の記録です:地球の熱が永続的な表面の言語になるのです。