地球の内部で生成されたマグマは、必ずしも地表に噴出するわけではありません。多くの場合、地殻の内部で周囲の岩石に割り込み、ゆっくりと冷却されて固まります。このようにして形成された岩体を火成岩貫入体（または単に貫入体）と呼びます。地表に出る火山岩とは異なり、周囲の岩石が断熱材の役割を果たすため、冷却に膨大な時間がかかり、結果として結晶が大きく成長した粗粒な組織（等粒状組織）を持つのが特徴です。
貫入体の形態や組成は極めて多様であり、ニューヨークのパリセーズ岩床やカリフォルニアのシエラネバダ山脈を形成する巨大なバソリスなど、世界各地にその痕跡が見られます。これらの岩石を分類する際は、石英や長石などの鉱物組成が重要な指標となります。
Key Facts
- 形成プロセス：地下でマグマがゆっくりと冷却・結晶化することで形成される。
- 組織的特徴：冷却速度が遅いため、一般的に結晶が大きく粗い（深成岩）。
- 分類の基準：周囲の地層（母岩）を切り裂く「不整合」か、平行に潜り込む「整合」かで大別される。
- ルーム問題：大量のマグマがどのようにして既存の岩石を押し除けて空間を確保するかという地質学的な課題。
- 冷却の法則：接触面から内部に向かって平方根の法則に従い、徐々に冷却速度が低下する。
貫入体の形態別分類
貫入体は、もともと存在していた岩石の構造（層理など）に対する関係性によって、大きく2つのタイプに分けられます。
1. 不整合貫入体（Discordant Intrusions）
既存の地層や構造を横切るようにして貫入したものです。代表的なものに、板状の形態を持つ岩脈（ダイク）があります。岩脈は周囲の岩石よりも浸食に強いため、地表に壁のような形状で現れることが多く、地殻が引っ張られる引張応力下で形成されやすい傾向にあります。
また、火山活動の通り道となった火山頸（ボルカニック・ネック）や、爆発的な噴火によって形成されるパイプ状のダイアトリームもこのカテゴリーに含まれます。さらに、露出面積が100平方キロメートル未満のものはストック、それを超える巨大なものはバソリスと呼ばれます。バソリスは主にシリカに富むマグマから形成され、大陸地殻の根幹を成す巨大な岩体となります。
2. 整合貫入体（Concordant Intrusions）
既存の地層に平行に潜り込むようにして形成されたものです。代表的なのが岩床（シル）で、多くは粘性の低い苦鉄質マグマによって形成されます。また、底面は平らで上面がドーム状に盛り上がったラコリスは、地殻が圧縮される領域の浅い部分でよく見られます。
さらに、お椀のような形状をしたロポリスは、その巨大なサイズゆえに冷却が極めて緩やかに行われ、鉱物が層状に分離して堆積する「層状貫入岩」を形成することがあります。南アフリカのブッシュフェルト複合岩体はその典型例であり、貴重なクロム鉱床を含んでいます。
マグマの定着と「ルーム問題」
マグマは周囲の岩石よりも密度が低いため、浮力によって上昇します。しかし、固体である周囲の岩石（母岩）の中にどのようにして空間を作り出すのかという問題は、地質学においてルーム問題として研究されています。
形成される形状は、地殻にかかるストレスに依存します。地殻が拡張している場所では岩脈ができやすく、圧縮されている場所ではラコリスが形成されやすくなります。また、巨大なバソリスの場合、深部の可塑的な地殻内ではダイアピル（上昇流）のように振る舞い、浅部の脆い地殻では複雑な破壊を伴って上昇します。
貫入体は一度のイベントで形成されるだけでなく、似た組成のマグマが繰り返し注入される「多重貫入」や、異なる組成のマグマが重なる「複合貫入」によって成長することが、ジルコンの帯状構造などの地球化学的分析から明らかになっています。
冷却プロセスと接触部への影響
マグマが周囲の岩石に熱を伝える際、接触面付近では急激な温度変化が起こります。これにより、貫入体側には結晶が細かい冷却縁（チルドマージン）が形成され、母岩側には熱による変成作用を受けた接触変成帯（オーレオール）が形成されます。
冷却の速度は、接触面からの距離の平方根に比例して遅くなります。例えば、外側1メートルが冷えるのに10年かかった場合、その次の1メートルは40年、さらに次は90年というように、内部ほど冷却に時間がかかります。ただし、マグマ内部での対流が起こると、このプロセスは加速され、冷却縁は薄くなる傾向があります。
また、貫入した深さによって接触部の特徴は異なります。深部で形成されたものは母岩との境界が曖昧で激しい変形を伴いますが、浅部で形成されたものは境界が明瞭で、母岩の破片（ゼノリス）を取り込んでいることが多いのが特徴です。
貫入体の特性まとめ
| 名称 | 整合性 | 形状的特徴 | 主な形成環境 |
|---|---|---|---|
| 岩脈 (Dike) | 不整合 | 板状・壁状 | 地殻の引張領域 |
| 岩床 (Sill) | 整合 | 地層に平行なシート状 | 低粘性マグマの浸透 |
| ラコリス (Laccolith) | 整合 | 底面平坦・上面ドーム状 | 地殻の圧縮領域（浅部） |
| バソリス (Batholith) | 不整合 | 巨大な塊状（100km²超） | 高シリカマグマの上昇 |
| ロポリス (Lopolith) | 整合 | 皿状・凹状 | 大規模な緩慢冷却 |
Frequently Asked Questions
貫入岩と火山岩の最大の違いは何ですか？
最大の違いは「冷却速度」とそれに伴う「結晶の大きさ」です。貫入岩は地下でゆっくり冷えるため結晶が大きく粗い（深成岩）のに対し、火山岩は地表で急冷されるため結晶が非常に小さいか、あるいはガラス質になります。
「ルーム問題」とは具体的に何を指しますか？
マグマが地下で固まって貫入体を形成する際、もともとそこにあった固体岩石がどのようにして押し退けられたのか、あるいは吸収されたのかという、空間確保のメカニズムに関する問いのことです。
バソリスとストックはどうやって区別しますか？
主に地表に露出している面積で区別されます。一般的に、露出面積が100平方キロメートル以上の巨大なものをバソリス、それ未満のものをストックと呼びます。
冷却縁（チルドマージン）から何が分かりますか？
冷却縁の厚さや組織を調べることで、マグマが注入された際の温度や、周囲の岩石との温度差、および冷却の速さを推定することができます。また、分化が進む前の初期組成を保持している場合もあります。
層状貫入岩とはどのようなものですか？
ロポリスのような巨大な貫入体において、冷却過程で比重の重い結晶が底に沈殿し、積み重なることで形成される構造です。これにより、特定の鉱物が濃集した有用な鉱床が作られることがあります。
References
- Philpotts, Anthony R.; Ague, Jay J. (2009). Principles of igneous and metamorphic petrology (2nd ed.). Cambridge, UK: Cambridge University Press. pp. 77–108. .
- Blatt, Harvey; Tracy, Robert J. (1996). Petrology : igneous, sedimentary, and metamorphic (2nd ed.). New York: W.H. Freeman. pp. 13–20. .
- , p. 13.
- , p. 14.
- , p. 15.
- , pp. 80–81.
- , pp. 87–89.
- , p. 102.
- Le Bas, M. J.; Streckeisen, A. L. (1991). "The IUGS systematics of igneous rocks". Journal of the Geological Society. 148 (5): 825–833. :1991JGSoc.148..825L. 10.1.1.692.4446. :10.1144/gsjgs.148.5.0825. 28548230.
{{}}: Cite uses deprecated parameter|citeseerx=() - "Rock Classification Scheme - Vol 1 - Igneous" (PDF). British Geological Survey: Rock Classification Scheme. 1: 1–52. 1999.
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