捕獲岩（ゼノリス）が明かす地球内部の秘密

地球の深い場所で何が起きているのか。私たちは直接そこへ行くことはできませんが、自然が運んできた「タイムカプセル」のような岩石からその答えを得ることができます。それが捕獲岩（ゼノリス）です。ゼノリスとは、マグマが上昇し固まる過程で、周囲の異なる種類の岩石を巻き込み、そのまま内部に取り込んだ岩片のことを指します。

これらの岩片は、マグマ溜まりの縁から剥がれ落ちたり、火山噴火の際に火道から引きちぎられたり、あるいは地表を流れる溶岩が地面の岩石を拾い上げたりすることで形成されます。地質学において、ゼノリスは単なる不純物ではなく、地下深くの組成を直接的に示す貴重なサンプルとして扱われています。

Key Facts

  • 定義：周囲の岩石（母岩）とは異なる組成を持つ、取り込まれた岩石片のこと。
  • 発生要因：マグマの上昇、定置、または噴火時に周囲の岩石を巻き込むことで発生する。
  • 科学的価値：直接採取不可能な上部マントルの鉱物組成や深さを推定する手がかりとなる。
  • 区別：個別の結晶レベルで取り込まれたものは「ゼノクリスト（外来結晶）」と呼ぶ。

ゼノリスとゼノクリストの違い

似た概念にゼノクリスト（外来結晶）があります。ゼノリスが「岩石の塊」であるのに対し、ゼノクリストは「個々の結晶」を指します。例えば、シリカが少ない溶岩の中に含まれる石英の結晶や、キンバーライトという特殊な岩石の中に見られるダイヤモンドなどがその代表例です。

また、取り込まれた岩石が周囲の岩石と同じ種類である場合は、ゼノリスではなく「オートリス（自生捕獲岩）」や「同源包有物」と呼ばれ、明確に区別されます。

ゼノリスの組成は、同じ場所で採取されたものであっても必ずしも均一ではありません。例えば日本の新島火山で見つかる流紋岩主体の溶岩には、異なる温度・圧力条件下で形成された2種類の斑れい岩質ゼノリスが含まれていることが分かっています。

Gabbroic xenolith in andesite, Tertiary of Wyoming, United States

地球深部の情報を読み解く

特に玄武岩、キンバーライト、ラムプロアイトなどの岩石は、上部マントルを起源としているため、そこに含まれるゼノリスはマントルの組成を直接的に反映しています。例えば、ダンナイトやペリドタイト、スピネル・レルゾライトといった岩石片が玄武岩質溶岩から見つかることがあります。

特に注目されるのが、アルミニウムを含む鉱物の種類による「深さの判定」です。地中の深さに応じて安定して存在できる鉱物が異なるため、以下の基準で起源の深さを推定できます。

  • 深さ25kmまで：カルシウム質斜長石が安定。
  • 深さ25km〜約60km：スピネルが安定。
  • 深さ約60km以深：高密度のガーネット（柘榴石）が安定。

また、キンバーライトの中にはエクロジャイトという岩石が含まれることがあります。これは海洋地殻の玄武岩が沈み込み帯を通じてマントル深部へ運ばれ、高圧変成作用を受けた結果と考えられています。

Olivine weathering to iddingsite within a mantle xenolith

多様な出現形態と事例

ゼノリスは火成岩に多く見られますが、広義には堆積岩に取り込まれた岩片や、隕石の中に含まれる岩石片も含まれます。また、火成岩の貫入岩体の縁辺部で、大規模に周囲の地層が取り込まれた状態は「ルーフ・ペンダント（屋根吊り岩）」と呼ばれます。

世界各地で見られるゼノリスの事例
場所 母岩（周囲の岩石） ゼノリス（取り込まれた岩石）
アメリカ・ユタ州 花崗閃緑岩 （未詳の岩片）
アメリカ・バーモント州 フェアリー深成岩 砂岩
ドイツ・ヴルカンアイフェル 火山弾 ペリドタイト（かんらん岩）
ドイツ・カイザーシュトゥール ネフェリナイト溶岩 風化したペリドタイト
アメリカ・メリーランド州 石英モンゾニ岩 ボルチモア片麻岩
カナダ・オンタリオ州 ラムプロファイア （未詳の岩片）
アメリカ・カリフォルニア州 花崗岩 （未詳の岩片）

Frequently Asked Questions

ゼノリスとオートリスは何が違うのですか？

取り込まれた岩石が、周囲の岩石（母岩）と明らかに異なる組成を持っている場合に「ゼノリス」と呼びます。一方で、母岩とほぼ同じ種類や組成の岩石が含まれている場合は「オートリス」と呼ばれます。

ゼノリスからどのようにして深さがわかるのですか？

岩石に含まれるアルミニウム系鉱物の種類を確認します。深さによって、斜長石、スピネル、ガーネットのいずれが安定して存在できるかが決まっているため、これらの鉱物を分析することで、その岩石がもともとどの深さにあったかを推定できます。

ダイヤモンドはゼノリスに分類されますか？

いいえ、ダイヤモンドのような個別の結晶は「ゼノクリスト（外来結晶）」に分類されます。ゼノリスは結晶の集合体である「岩石の断片」を指します。

ゼノリスは火成岩にしか存在しませんか？

最も一般的であるのは火成岩への取り込みですが、定義を広げれば堆積岩の中に含まれる岩片や、隕石の中に見られる岩石片もゼノリスとして扱われることがあります。

ルーフ・ペンダントとは何ですか？

マグマが地殻内に貫入した際、その上部や縁辺部で周囲の地層が大規模に取り込まれ、ぶら下がったように残った状態のことを指します。