凝灰岩はどうやってできるの？溶結凝灰岩とは？地球科学専攻卒が5分でわかりやすく解説

ライター／オリビン

大学院を地球科学専攻で卒業した地学大好き人間。岩石と鉱物採集が趣味なため、家中に岩石が転がっている。

凝灰岩とは

火成岩はマグマが冷え固まることでできる岩石、堆積岩は泥や砂などが沈殿して固まることでできる岩石です。凝灰岩(ぎょうかいがん)は火山が噴火したときの噴出物が陸上や水中に堆積してできる岩石のことを言います。凝灰岩はもともとマグマ由来の噴出物が堆積してできた岩石であるため、あるときは火成岩に分類され、あるときは堆積岩として扱われているのです。凝灰岩の中には火山の山体を作っていた岩石片が混じることがあります。また、粒度は細粒のものから粗粒のものまで様々なんですよ。そのため、見た目や質感などは凝灰岩の産出する場所によって異なっています。

また、どのような火山灰や形成過程でできているかによって複数の種類に分けられているのです。

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火山噴出物とは

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では凝灰岩の素となっている火山噴出物とは具体的にどのようなものでしょうか。

火山から出てくるものの総称を火山噴出物と呼んでいます。気体としては二酸化炭素や水蒸気といった火山ガス、固体としてはマグマが飛び散ったときに固まった火山弾や火山灰などがあるんですよ。

またマグマが火口から噴出するときにその途中にある岩石を一緒に運んでくることもありますが、この岩石も捕獲岩という火山噴出物の一つです。捕獲岩には安山岩や流紋岩・石灰岩など様々な岩石が混じります。このように巻き込まれてきた岩石は角が角ばっているため、角礫岩のような見た目の凝灰岩になるのです。

凝灰岩の見分け方

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凝灰岩とその他の堆積岩は判定することが難し場合があります。もし凝灰岩かどうかがわからなかった場合、まずは岩石の中に気孔があるか確認してみましょう。凝灰岩の素となっている火山噴出物が堆積するとき、よく気泡も一緒に堆積します。また、軽石やガラス質の岩片なども火山噴出物に特有の物質なので、それらが含まれているかどうかもチェックしましょう。軽石が混じるため凝灰岩は多孔質となり、その結果凝灰岩によって比重も様々なんですよ。

肉眼での観察でもわからない場合は薄片という岩石を薄く研磨したプレパラートを作成し、専門家に見てもらうのも一つの方法です。

凝灰岩の出来かた

先程も少し触れましたが、凝灰岩は火山噴火によって噴出される火山噴出物が堆積することで形成されます。火山噴出物とは火山灰・火山砕屑岩・火山礫・火山ガス・溶岩・軽石などの総称です。凝灰岩には山体の岩片や火山ガラスが含まれることもあります。堆積することでできる岩石ですが、層状の構造を取ることは殆どありません。

凝灰岩が利用されているもの

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凝灰岩は火山灰が堆積して固まったものなので、花崗岩のようにカチカチに堅いということはなく、軟らかい触感をしています。また、堆積岩なので割れ方に方向性がなく加工がしやすいため石材として利用されることが多いです。凝灰岩は耐火性があることから塀や壁にも利用されています。しかし、風化もしやすいため石像など長期で雨ざらしになるような用途には向きません。

日本での凝灰岩の分布

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本州の日本海側にはグリーンタフと呼ばれる緑色の凝灰岩が広く分布しています。

これは2000万年から1500万年前の日本海側には土砂や泥が堆積しやすい湖や川があり、火山灰も堆積しやすかったことを表しているんですよ。グリーンタフの名前の由来にもなっている緑色の特徴ですが、これは輝石や角閃石などの鉱物が熱水による変質作用で緑泥石に変化したものです。グリーンタフが分布している地域は特殊な造山運動がおこったことで研究者たちの注目を集めています。これがグリーンタフ造山運動です。

グリーンタフ造山運動は、日本の下に海洋プレートが潜り込むことで日本大陸となる場所が隆起(大陸が上昇すること)する運動を言います。グリーンタフの存在はグリーンタフ造山運動の裏付けとなるためとても重要です。

凝灰岩の地層

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凝灰岩は堆積岩の1種ではありますが、泥岩や砂岩と違ってかなりの広範囲に同じ凝灰岩を分布させているため、地球化学の分野ではその地層の時代を判断するために重要な役割を担っています。このような層が鍵層と呼ばれているものです。

溶結凝灰岩とは

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火山はたまに超大規模な大爆発を起こします。この場合、噴出される火山灰も相当な量になることは容易に想像できますよね。大量の火山灰が高温のまま一気に降り積もると、火山灰の粒子は圧縮されて横に引き伸ばされたような構造となります。さらに、普通の凝灰岩より強く圧縮されているため気孔が減少し、密度が高くなるのです。この一連の流れを溶結と呼び、溶結することで形成されたため溶結凝灰岩と言います。九州地方では広く観察される岩石です。

日本の代表的な凝灰岩ー大谷石ー

日本産でもっとも有名な凝灰岩といえば、栃木県宇都宮市に産出する大谷石でしょう。大谷石は軽石凝灰岩に分類され、柔らかく加工しやすいことから石材として広く出回っています。大谷石の基質(軽石などの礫を埋めている部分)の大部分が浮石質ガラス・斜長石・石英で、他には少量の黒雲母が含まれているそうです。

日本列島がまだ出来上がっていない時代に、火山噴出物が海水中に沈殿して固まることで大谷石ができました。

凝灰岩を観察して火山噴火の歴史を探ろう

凝灰岩とは火山噴出物が堆積することで形成された岩石です。泥岩や砂岩などと区別する際は気孔や軽石などの火山噴出物の特徴を探します。日本の代表的な凝灰岩は日本海側一帯に広がって分布しているグリーンタフです。栃木県の大谷石は特に有名で、箸置きやコースターなどの小物としても利用されています。凝灰岩の地層はかぎ層として、その場所の地層の年代を決めるために使用されていますよ。

日本には思ったより身近に凝灰岩があるんですね。凝灰岩には火山噴火の情報がたくさん含まれているため、どのような岩片が含まれているのか観察するととてもおもしろいです。また、化石が含まれることもしばしばあるため凝灰岩の地層を見つけたらぜひ化石も採取してみましょう。