火成岩の基礎知識：マグマの生成から岩石の分類まで

地球の地殻を構成する主要な岩石の一つである火成岩（magmatic rock）は、灼熱のマグマや溶岩が冷却され、凝固することで形成されます。ラテン語で「火」を意味する「igneus」に由来するこの岩石は、堆積岩や変成岩と並び、地質学における三大岩石の一つに数えられます。

火成岩は、地球の地殻上層（深さ約16kmまで）の体積の90〜95%を占める変成岩と共に構成されており、特に海洋地殻の大部分は火成岩でできています。また、現在の陸地表面の約15%にも分布しており、地球の構造を理解する上で極めて重要な役割を担っています。

Key Facts

• 形成プロセス： マグマや溶岩の冷却・凝固によって生成される。
• 分布： 海洋地殻の主成分であり、陸地表面の約15%を占める。
• 分類の基準： 主に二酸化ケイ素（SiO2）の含有量と、冷却場所（地表か地下か）で分けられる。
• 生成要因： 温度上昇、圧力低下、成分変化のいずれかが岩石の融解を引き起こす。

マグマはどのようにして生まれるのか

マグマは、地球のマントルや地殻にある既存の岩石が部分的に融解することで発生します。岩石が溶けるメカニズムには、主に以下の3つの要因が関わっています。

1. 圧力の低下（減圧融解）

通常、岩石の融点（ソリダス温度）は圧力が高くなるほど上昇します。しかし、マントルの対流によって高温の岩石が浅い場所へ上昇すると、周囲の圧力が下がるため、温度がそれほど低下しなくても融点以下となり、融解が始まります。これは地球の進化において不可欠なプロセスです。

2. 水や二酸化炭素の影響（成分変化）

岩石に水が加わると、融点が大幅に低下します。例えば、深さ100km付近のかんらん岩は、水がない場合は約1,500℃以上で溶けますが、水が存在すると約800℃で融解し始めます。沈み込み帯では、海洋プレートから放出された水が上方のマントルを溶かし、島弧（環太平洋火山帯など）を形成するマグマの供給源となります。また、二酸化炭素の流入も、特定の条件下で融点を下げ、特殊なマグマを生成させます。

3. 温度の上昇

地殻内部へのマグマの貫入や、プレート境界での圧縮による地殻の肥厚（例：チベット高原）によって温度が上昇し、岩石が融解します。これにより、花崗岩や流紋岩などの地殻由来の岩石が形成されます。

火成岩の分類：場所と組織による違い

マグマがどこで冷え固まったかによって、火成岩は大きく「火山岩」と「深成岩」に分けられます。

火山岩（Extrusive rocks）

地表に噴出した溶岩が急速に冷却されてできる岩石です。冷却速度が速いため、結晶が成長する時間がなく、粒子が非常に細かいか、あるいは結晶が全くない天然ガラス（黒曜石など）になります。

溶岩の挙動は粘性に左右されます。玄武岩質のマグマは温度が高く粘性が低いため、さらさらと流れ広がり、パホイホイ溶岩のような滑らかな表面を作ります。一方、流紋岩質のマグマは粘性が非常に高く、爆発的な噴火を起こしやすい傾向があります。

深成岩（Intrusive rocks）

地下深くでマグマがゆっくりと冷却されてできる岩石です。時間をかけて結晶が成長するため、肉眼で確認できるほどの大きな結晶が集まった組織（等粒状組織）を持つのが特徴です。

地下での貫入形態には、岩脈（Dike）や岩床（Sill）、あるいは巨大な岩体である底盤（Batholith）など、さまざまな形状が存在します。

化学組成による分類と分化作用

火成岩の化学的な特徴は、主に二酸化ケイ素（SiO2）の含有量によって定義されます。また、マグマが冷却される過程で、特定の鉱物が先に結晶化して分離することで、残った液体（残液）の組成が変化していく分化作用（fractional crystallization）が起こります。

例えば、ガブロ（斑れい岩）組成のマグマから結晶が分離し続けると、最終的に花崗岩組成のマグマが生成されることがあります。このプロセスはボウエンの反応系列として体系化されています。

化学組成に基づく分類の詳細は以下の通りです。

【表】化学組成による火成岩の分類

組成区分	SiO2含有量	深成岩（地下）	火山岩（地表）
超塩基性 (Ultramafic)	45%未満	かんらん岩	コマタイト
塩基性 (Mafic)	45% 〜 52%	斑れい岩	玄武岩
中性 (Intermediate)	52% 〜 63%	閃緑岩	安山岩
酸性 (Felsic)	63%超	花崗岩	流紋岩

さらに詳細な分類には、アルカリ金属（Na2O + K2O）の量を用いるTAS図や、主要鉱物の割合を示すQAPF図などの分析手法が用いられます。

Frequently Asked Questions

火成岩と火山岩の違いは何ですか？

火山岩は火成岩の一種であり、マグマが地表に噴出して急速に冷え固まったものを指します。対して、地下深くでゆっくり冷え固まったものは深成岩と呼ばれ、これら両方を合わせて火成岩と呼びます。

なぜマグマは地下で発生するのですか？

主に3つの理由があります。一つは地殻深部の温度上昇、二つはマントル物質の上昇による圧力低下（減圧融解）、三つ目は水などの揮発性成分が加わることで岩石の融点が下がることです。

「酸性岩」や「塩基性岩」とはどういう意味ですか？

これは岩石に含まれる二酸化ケイ素（SiO2）の量に基づいた呼称です。SiO2が多いものを酸性岩（例：花崗岩）、少ないものを塩基性岩（例：玄武岩）と呼びます。

分化作用とはどのような現象ですか？

マグマが冷却される際、融点の高い鉱物から順番に結晶化して沈殿し、残った液体の化学組成が元のマグマとは異なる組成に変化していく現象のことです。これにより、一つのマグマから異なる種類の岩石が生まれます。