1 形成
火山岩は、地下深部で生成したマグマが上昇し、地表またはその近くで冷えて固まることで生じる。固結の場が浅いため、深成岩に比べて冷却速度が速く、結晶の成長に与えられる時間が短い。このため、鉱物粒子がきわめて細かくなることが多い。
1.1 マグマの上昇
マグマは、密度差、揮発成分の膨張、周囲岩石との関係などによって地殻内を移動する。上昇の過程では、途中で停滞して部分的に結晶分化を受けることがあり、その結果として噴出時の化学組成や粘性が変化する。
1.2 地表での冷却と固結
マグマが噴出すると、空気や水、地表付近の岩盤との急速な熱交換が起こる。冷却が進むと液体部分が失われ、鉱物が固まり、最終的に火山岩として定着する。噴出物が水中に入る場合は、さらに冷却が速まり、ガラス質の部分が増えやすい。
1.2.1 急冷による細粒化
急激な温度低下では、結晶が十分に成長できない。そのため、肉眼では判別しにくい微細な結晶や、鉱物がほとんど見えないガラス質の部分が生じる。これが火山岩の典型的な外観を形づくる。
1.2.2 気泡や空隙の形成
マグマ中に溶けていた水蒸気や二酸化炭素などの揮発成分は、圧力低下に伴って気泡として分離する。固結の途中でこれらが抜けると孔隙が残り、軽石やスコリアのような多孔質の岩石ができることがある。
1.3 噴火様式との関係
火山岩の性質は、噴火の激しさやマグマの粘性と密接に結びつく。流動性の高いマグマは広い範囲に溶岩流を形成しやすい一方、粘り気の強いマグマでは爆発的噴火が起こりやすく、火砕物の割合が増える。したがって、噴火様式の違いは岩石の組織や孔隙の発達にも反映される。
2 岩石学的特徴
火山岩は、組織の細かさや斑晶の有無、孔隙の量などによって識別される。これらの特徴は、冷却条件、化学組成、揮発成分の挙動を読み取る手がかりとなる。
2.1 結晶の大きさと組織
火山岩の組織は、急冷の程度によって大きく異なる。一般には細粒で緻密だが、条件によっては比較的よく成長した結晶を含むこともある。組織の観察は、岩石の成因や履歴を推定するうえで重要である。
2.1.1 等粒状組織
等粒状組織は、結晶の大きさがほぼそろっている状態を指す。ただし、火山岩では典型例としては少なく、深成岩ほど明瞭ではない。比較的ゆっくり冷えた場合や、結晶化が進んだ特定の条件下で見られることがある。
2.1.2 斑状組織
斑状組織は、周囲の細粒な部分の中に、より大きな結晶が散在する組織である。大きな結晶は噴出前に地下で先に成長したもので、残りの部分は地表近くで急速に固まったと考えられる。
2.2 石基と斑晶
石基は、斑晶の周囲を埋める細粒部分で、火山岩の主体をなすことが多い。斑晶は、石基より大きい結晶として認められ、岩石の識別に有用である。両者の組み合わせは、マグマの冷却史を示す代表的な特徴である。
2.3 気泡を含む構造
気泡を含む構造は、揮発成分の放出と固結のタイミングを反映する。孔隙の量が少ない場合は緻密な外観を示し、多い場合は軽量で壊れやすい岩石となる。
2.3.1 多孔質構造
多孔質構造は、無数の小孔が岩石全体に分布する状態である。気泡が抜け切らずに固定されることで生じ、軽石やスコリアに典型的である。見かけの密度が低く、表面積が大きい。
2.3.2 杏仁状構造
杏仁状構造は、もとの気泡が後に鉱物で充填され、丸みを帯びた斑点として残るものをいう。充填鉱物には方解石、石英、ゼオライトなどがあり、空隙の後成的な変化を示す指標となる。
3 主な種類
火山岩は、化学組成や鉱物組成の違いによって多くの種類に分けられる。代表例は玄武岩、安山岩、流紋岩であり、そのほか中間組成や特殊な産状をもつ岩石も含まれる。
3.1 玄武岩
玄武岩は、鉄やマグネシウムに富み、比較的低粘性のマグマから生じる。黒色または暗灰色を示すことが多く、海洋地殻や広大な溶岩台地の主要構成岩として知られる。細粒で、しばしば斑晶を伴う。
3.2 安山岩
安山岩は、玄武岩と流紋岩の中間的な組成をもつ火山岩である。多くは灰色から暗灰色で、火山弧地域に広く分布する。斑状組織を示すことが多く、火山活動の記録として重要である。
3.3 流紋岩
流紋岩は、二酸化ケイ素に富む粘性の高いマグマから形成される。色は淡色で、細粒かつしばしばガラス質を帯びる。流れ模様や縞状の構造が発達する場合があり、爆発的噴火と結びつくことが多い。
3.4 デイサイト
デイサイトは、安山岩と流紋岩の中間に位置づけられる火山岩である。組成上はケイ酸が比較的多く、斑晶として斜長石や石英を含むことがある。火山体の上部や火砕流堆積物に関連して見られる場合がある。
3.5 安山岩質玄武岩
安山岩質玄武岩は、玄武岩と安山岩の境界付近にある組成を示す。中間的な性質をもつため、色調や鉱物の組み合わせも両者の特徴を併せ持つ。火山噴出物の連続的な変化を理解するうえで重要である。
3.6 その他の火山岩
このほか、粗粒の斑晶が目立つもの、ガラス質の強いもの、特殊な化学組成をもつものなど、多様な火山岩が存在する。代表的な例として、黒曜岩、ピクライト質岩、各種の火山砕屑岩が挙げられる。分類は組成だけでなく、産状や組織も踏まえて行われる。
4 分布と産状
火山岩は、現在活動中の火山だけでなく、古い火山地形や広域の火成活動の痕跡としても産出する。地表での分布は、噴火の型、マグマの流動性、周囲の地形条件に左右される。
4.1 火山地帯での産出
火山地帯では、火口周辺、火口丘、カルデラ壁、溶岩台地などに火山岩が広く見られる。複数回の噴火によって異なる種類の岩石が重なり、層状の構造を示すこともある。
4.2 溶岩流としての産出
溶岩流は、火山岩が地表を流れながら固結したものに由来する。流速、厚さ、表面形態はマグマの粘性によって変わり、滑らかな表面からごつごつした塊状のものまで幅広い。流れの末端や表面は冷えやすく、空隙や割れ目が発達しやすい。
4.3 火砕物との関係
火山岩の一部は、溶岩としてではなく火砕物の一成分として認識される。爆発的噴火では、細片化したマグマが空中や斜面を移動し、その後に堆積して固結する。
4.3.1 火山灰
火山灰は、直径のきわめて小さい火山ガラスや鉱物片からなる。風で広く運ばれやすく、遠方まで降下するため、広域の層序対比に利用されることがある。
4.3.2 軽石
軽石は、白色から淡色を示す多孔質の火山岩で、非常に多くの気泡を含む。低密度で浮遊性をもち、噴火後に広範囲へ散布されることがある。流紋岩質からデイサイト質の噴出物に多い。
4.3.3 スコリア
スコリアは、暗色で粗い孔隙を持つ火山砕屑物である。玄武岩質から安山岩質のマグマに由来することが多く、軽石よりも密度が高い。火口周辺の噴出物やスコリア丘の構成要素として見られる。
5 利用と研究
火山岩は、地質構造の復元や火山活動の理解に欠かせない資料である。さらに、建材や骨材として利用される場合もあり、岩石学だけでなく工学的な視点からも扱われる。
5.1 地質学における意義
火山岩は、噴火年代、マグマ供給系、地殻変動の履歴を示す手がかりとなる。層序学では、噴出層の順序や分布をもとに地質時代の出来事を整理できる。火山活動の変遷を知るための基本資料でもある。
5.2 岩石分類への応用
岩石分類では、火山岩の化学組成、鉱物組み合わせ、組織が重要な判断材料となる。顕微鏡観察や化学分析を組み合わせることで、同じ外観でも異なる成因を区別できる。分類体系は、深成岩との対比を通じて理解されることが多い。
5.3 資源との関係
火山岩は、地下熱水活動や鉱床形成と関連することがある。多孔質のものは吸着性や透水性に注目され、建築材料や軽量骨材として使われる場合がある。地域によっては、火山岩由来の地層が地下水の貯留層として働くこともある。
5.4 風化と地形形成
火山岩は、風化の進み方や割れ目の発達により、独特の地形をつくる。硬い溶岩は崖や台地を形成し、空隙の多い岩石は崩れやすく、土壌化が進みやすい。これらの違いは、植生の分布や土地利用にも影響を与える。