地学⑧：造山帯、変成作用と変成岩

この記事で探究すること

ヒマラヤ山脈や、日本列島のような、長く連なる巨大な山脈。これらは、プレート運動によって、大地が激しく変形することで作られてきたんだ。この「山を作る運動」＝「造山運動」が活発な場所を「造山帯」という。この単元では、造山帯で何が起きているのか、そして、その過程で岩石が熱や圧力で全く別の岩石に生まれ変わる「変成作用」のふしぎについて、深く探究していくよ。

1. 造山運動と２つのタイプの造山帯

プレートの収束境界では、巨大な圧縮力が働き、地殻が厚く盛り上がる大規模な地殻変動、造山運動が起きる。造山運動が活発な地域は、帯状に分布しており、これを造山帯という。世界の主要な造山帯は、衝突するプレートの種類によって、大きく２つのタイプに分けられる。

• 大陸衝突型造山帯：大陸プレートどうしが衝突する場所。どちらのプレートも密度が小さく沈み込みにくいため、地殻が激しくしゅう曲・隆起し、ヒマラヤ山脈のような、極めて標高の高い大山脈を形成する。
• 島弧－海溝型造山帯：海洋プレートが大陸プレートの下に沈み込む場所。日本列島が、この典型例である。火山活動が活発で、プレートの沈み込みにともなう複雑な地殻変動が起きる。

2. 付加体：大陸を成長させるメカニズム

島弧－海溝型造山帯では、大陸地殻が成長していく、ユニークなプロセスが起きている。沈み込む海洋プレートの上には、海洋生物の死がいや、陸から運ばれた土砂などが、長い時間をかけて堆積している。海洋プレートが沈み込む際に、これらの柔らかい堆積物が、陸側のプレートの縁に、バターをナイフでそぎ取るように、はがし取られて押し付けられる。こうしてできた、複雑に変形した地層の塊を「付加体」という。

日本列島の陸地の多くは、大昔の海洋プレートの沈み込みによって、次々と大陸の縁に付け加わっていった、この「付加体」からできている。つまり、日本列島は、海の底の堆積物がリサイクルされてできた、大陸成長の最前線なんだ。

3. 変成作用：岩石の再結晶

既存の岩石が、もともと形成された場所とは異なる、高い温度や圧力の環境に置かれると、鉱物の組み合わせや組織が変化し、別の岩石に生まれ変わることがある。この、固体のまま岩石が再結晶する現象を「変成作用」といい、それによってできた岩石を「変成岩」という。

コレクトの論理 de 解説：変成作用の２タイプ

変成作用は、熱と圧力のどちらが主役かによって、大きく２つに分類されます。

1. 広域変成作用
   • 場：プレートの収束境界など、広範囲にわたって、高い圧力が働く場所。
   • 特徴：岩石が押しつぶされるため、鉱物が一定方向に配列した「片理」や「片麻状組織」といった、しま模様が発達する。
   • 変成岩の例：泥岩が変成→結晶片岩、花こう岩が変成→片麻岩
   • 備考：沈み込み帯では、温度があまり上がらないうちに、急激に圧力がかかる「高圧低温型」の変成作用が起きる。
2. 接触変成作用
   • 場：マグマだまりの周辺など、局所的に高い熱の影響を受ける場所。
   • 特徴：圧力が低いため、方向性のない、緻密で硬い組織を持つ。
   • 変成岩の例：泥岩や砂岩が、熱で焼き固められてできたホルンフェルス。

コレクトの発展ラボ：変成作用と多形

豆知識ですが、同じ化学組成（Al₂SiO₅）を持つ鉱物でも、温度と圧力の条件によって、異なる結晶構造をとることがあります。これを「多形（たけい）」とよびます。Al₂SiO₅の多形鉱物である、藍晶石（高温高圧）、紅柱石（高温低圧）、珪線石（さらに高温）は、その変成岩が経験した温度・圧力条件を知るための、優れた「ものさし」として利用されます。

受験対策まとめ

造山帯と変成岩は、プレート理論の応用編だ！

1. ２つの造山帯タイプ（大陸衝突型、島弧－海溝型）と、その代表例（ヒマラヤ、日本）を覚える。
2. 「付加体」が、どのようにして形成されるのかを、図で説明できるようにする。
   「海洋プレート上の堆積物」が「はがし取られて」「大陸側に押し付けられる」というプロセスが重要。
3. 「広域変成作用」と「接触変成作用」の、主な原因（圧力/熱）と、できる岩石の特徴（しま模様がある/ない）を、対比させて完璧に理解する。
4. それぞれの変成作用の代表的な岩石（結晶片岩、ホルンフェルス）を覚える。

練習問題

問１：海洋プレートが大陸プレートの下に沈み込む際に、海洋プレート上の堆積物がはがし取られて、大陸側に押し付けられてできた地質体を何というか。

問２：既存の岩石が、主にマグマの熱の影響を受けて再結晶し、硬く緻密な岩石に変化する作用を何というか。

問３【論述】：プレートの沈み込み帯では、特徴的な２種類の変成作用が、対になって（ペアで）産出することが知られている。海溝側では低温高圧型の広域変成作用が、島弧（火山フロント）側では高温低圧型の接触変成作用が起きる。なぜ、このような分布になるのか、「プレート」と「マグマ」という語句を用いて、55字程度で説明しなさい。