岩石サイクル

岩石サイクルは地質学における基本概念であり、地質時代を通じた3 つの主な岩石タイプ（堆積岩、変成岩、火成岩）の変遷を説明します。各岩石タイプは、平衡状態から強制的に外されると変化します。たとえば、玄武岩などの火成岩は、大気にさらされると分解して溶解するか、大陸の下に沈み込むと溶けます。岩石サイクル、プレートテクトニクス、水循環の駆動力により、岩石は平衡状態を保てず、新しい環境に遭遇すると変化します。岩石サイクルは、3 つの岩石タイプが互いにどのように関連しているか、また時間の経過とともにプロセスがどのように 1 つのタイプから別のタイプに変化するかを説明します。この周期的な側面により、岩石の変化は地質サイクルとなり、生命が存在する惑星では生物地球化学的サイクルとなります。

岩石が地表の下深くに押し込まれると、マグマに溶けることがあります。マグマが液体の状態でいられる条件がなくなると、マグマは冷えて固まり、火成岩になります。地球内部で冷える岩石は貫入岩または深成岩と呼ばれ、非常にゆっくりと冷えて、花崗岩のような粗粒の組織になります。火山活動の結果、マグマ（地表に達したときは溶岩と呼ばれます）は、大気にさらされた地表で急速に冷えることがあり、噴出岩または火山岩と呼ばれます。これらの岩石は細粒で、時には急速に冷えて結晶が形成されず、黒曜石などの天然ガラスになることもありますが、最も一般的な細粒の岩石は玄武岩として知られています。 3つの主要な岩石の種類（火成岩、堆積岩、変成岩）はいずれもマグマに溶けて冷えて火成岩になります。^[2]

エピジェネティックな変化（低温低圧で起こる二次的なプロセス）は、いくつかの項目に分類できます。各項目は、岩石または岩石を形成する鉱物のグループに典型的ですが、通常、これらの変化の2つ以上が同じ岩石で進行しています。珪化、つまり鉱物が結晶質または隠れた結晶質シリカに置き換わることは、流紋岩などの珪長質岩で最も一般的ですが、蛇紋岩などにも見られます。カオリン化は、火成岩で最も一般的な鉱物である長石がカオリン（石英やその他の粘土鉱物とともに）に分解することです。これは、花崗岩と閃長岩で最もよく見られます。蛇紋岩化は、カンラン石が蛇紋岩（磁鉄鉱とともに）に変化することです。これは、ペリドタイトに典型的ですが、ほとんどの苦鉄質岩で発生します。緑泥石化では、二次角閃石が普通輝石に置き換わります。緑泥石化は普通輝石（黒雲母または角閃石）が緑泥石に変化することであり、多くの輝緑岩、閃緑岩、緑色岩に見られます。緑簾石化もこのグループの岩石で発生し、黒雲母、角閃石、普通輝石、または斜長石から緑簾石が発達します。 ^[3]

高温高圧にさらされた岩石は、物理的または化学的に変化して別の岩石を形成することがあり、これを変成作用といいます。広域変成作用とは、広い範囲にわたる大規模な岩石の塊に生じる影響を指し、通常は造山帯内での山岳形成活動に関連しています。これらの岩石は、通常、異なる鉱物学的特性と色の明確な帯を示し、これを葉理構造といいます。もう 1 つの主な変成作用は、岩石本体が火成岩の貫入と接触して周囲の岩石を加熱したときに発生します。この接触変成作用の結果、マグマの極度の熱や、マグマからの流体が周囲の岩石に化学物質を加えること (交代作用) によって、岩石が変質し再結晶化します。既存のあらゆる種類の岩石は、変成作用のプロセスによって変更される可能性があります。^{[4] [5]}

大気にさらされた岩石は不安定で、風化や浸食の影響を受けます。風化や浸食により、元の岩石は小さな破片に分解され、溶解した物質が運び去られます。この破片化された物質は蓄積し、新たな物質によって埋もれます。個々の砂粒は、それが形成された岩石のクラスのメンバーですが、そのような粒子が融合してできた岩石は堆積性です。堆積岩は、これらの埋もれた小さな破片の石化（砕屑性堆積岩）、生物によって生成された物質の蓄積と石化（生物起源の堆積岩 -化石）、または蒸発による鉱物を含む溶液からの化学的に沈殿した物質の石化（沈殿性堆積岩）から形成されます。砕屑岩は、浸食などのプロセスや植物の残骸などの有機物により、あらゆる種類の大きな岩石から壊れた破片から形成されます。生物起源の岩石と沈殿性岩石は、他のすべての岩石タイプから溶解した化学物質からの鉱物の堆積から形成されます。

1967年、J・ツゾ・ウィルソンはネイチャー誌に、特に現在の大西洋地域に焦点を当て、海盆の繰り返しの開閉について記述した論文を発表しました。プレートテクトニクス革命の一部であるこの概念は、ウィルソンサイクルとして知られるようになりました。プレートテクトニクスが岩石サイクルの原動力として認識されるようになったため、ウィルソンサイクルは岩石サイクルの現代的な解釈に大きな影響を与えました。

海洋中央の分岐境界 では、マントルの湧昇と浅い溶融帯によって新しい マグマが生成されます。この若い玄武岩質マグマは、サイクルの火成岩部分の初期段階です。海嶺の両側のテクトニックプレートが離れるにつれて、新しい岩石は海嶺から運び去られ、亀裂を通して循環する加熱された海水の相互作用により、新しい岩石の 退行変成が始まります。

新しい玄武岩質海洋地殻は、拡大海嶺から離れるにつれて、最終的に沈み込み帯に遭遇します。この地殻がマントルに引き戻されると、圧力と温度の条件が上昇して岩石の鉱物学の再構築を引き起こし、この変成作用により岩石が変化してエクロジャイトが形成されます。玄武岩質地殻のスラブとそれに含まれる堆積物がより深いところに引きずり込まれると、水やその他の揮発性の高い物質が追い出され、沈み込み帯の上にある、圧力が低い岩のくさび形に上昇します。このくさび形にある、圧力が低く、温度が高く、揮発性物質に富んだ物質が溶け、その結果生じた浮力のあるマグマが上にある岩を通り抜けて島弧または大陸縁辺 火山活動を引き起こします。この火山活動には、島弧または大陸縁辺の端から離れるほど珪質溶岩が多く含まれており、より深い源とより分化したマグマを示しています。

変成した沈下スラブの一部は、大陸縁辺に押し上げられたり、オブダクションされたりすることがあります。これらのマントルペリドタイトのブロックと変成エクロジャイトは、オフィオライト複合体として露出しています。

新しく噴出した火山物質は、気候条件に応じて急速に浸食されます。これらの堆積物は、島弧の両側の盆地内に蓄積されます。堆積物がさらに深く埋もれると、岩石化が始まり、堆積岩が形成されます。

古典的なウィルソンサイクルの終盤では、2つの大陸地殻またはより小さな地殻が収束帯で出会います。^{[6] 2つの}大陸地殻の塊が出会うと、どちらも低密度の珪質岩であるため、どちらも沈み込むことはありません。2つの塊が出会うと、非常に大きな圧縮力により、関与する岩石が変形します。^{[7]その結果、その後の造山}運動の内部で広域変成作用が発生します。大陸衝突によって2つの塊が圧縮され、折り畳まれ、断層となって山脈が形成されると、既存の火成岩、火山岩、堆積岩、およびそれ以前の変成岩のユニット全体がこの新しい変成作用の対象となります。

大陸の衝突によって形成された高い山脈は、すぐに侵食の力にさらされます。^[8]侵食によって山々が削られ、隣接する海洋縁辺、浅い海、大陸の堆積物として、大量の堆積物が堆積します。これらの堆積物はより深く埋もれるにつれて、堆積岩に石化します。山脈の変成岩、火成岩、堆積岩は、隣接する盆地で新たな堆積物の山となり、最終的に堆積岩になります。

プレートテクトニクスの岩石サイクルは進化の過程である。拡大海嶺環境と沈み込み帯上部のくさび状構造の両方におけるマグマ生成は、地殻または上部マントル物質のより珪長質で揮発性の高い部分の噴出を促進する。^[9]この低密度物質は地殻内に留まり、マントルに沈み込まない傾向がある。^[10]プレートテクトニクスのマグマ的側面は、マントルと地殻内またはマントルと地殻の間で徐々に分離する傾向がある。マグマが形成されると、最初の溶融物はより融点の低い珪長質相で構成される。これにより、リソスフェアが部分的に溶融し、さらに分離する。さらに、珪長質大陸地殻は比較的浮力があり、通常はマントルに沈み込まない。そのため、大陸塊は時間の経過とともにどんどん大きくなる。^[11]

地球上に水が豊富にあることは、岩石サイクルにとって非常に重要です。最も明白なのは、水によって引き起こされる風化と浸食のプロセスでしょう。降水、酸性 土壌水、地下水の形をとった水は、鉱物や岩石、特に地表近くや大気の条件下では不安定な火成岩、変成岩、海洋堆積岩を溶かすのに非常に効果的です。水は、溶液に溶解したイオンや、風化の産物である分解された破片を運び去ります。流水は、河川の大量の堆積物を海や内陸盆地へと運び戻します。堆積して埋もれた堆積物は、再び岩石に変換されます。

あまり知られていない水の役割は、海底の新鮮な火山岩に起こる変成作用です。これは、時には加熱された海水が岩石の亀裂や割れ目を通って流れることで起こります。蛇紋岩化によって示されるこれらのプロセスはすべて、火山岩の破壊の重要な部分です。^[12]

沈み込み帯の上にあるくさび状の岩石の融解における水やその他の揮発性物質の役割は、サイクルの最も重要な部分です。水に加えて、沈み込む岩石の上にある堆積物内の豊富な海洋石灰岩からの二酸化炭素やその他の炭素化合物の存在は、溶融を誘発する揮発性物質のもう1つの発生源です。これは、全体的な岩石サイクルの一部としての炭素サイクルに関係しています。 ^[13]

• ミグマタイト – 変成岩と火成岩の混合物

• ブラット、ハーヴェイ & ロバート J. トレイシー (1996)。岩石学; 火成岩、堆積岩、変成岩、第 2 版。WH フリーマン。ISBN 0-7167-2438-3。
• Fichter, Lynn S., (2000) 「ウィルソンサイクルとプレートテクトニック岩石サイクル」、ジェームズマディソン大学、地質学および環境科学部。2005年8月18日閲覧。
• プラマー、チャールズ; マクギアリー、デイビッド; カールソン、ダイアン (2005)。『物理地質学』。マクグローヒル。ISBN 0-07-293353-4。

• 地球の地質に関する6つの基本概念 - NASA
• ウィルソンサイクル - プレートテクトニクスの詳細な岩石サイクル
• STELLAによる岩石サイクルのモデリング
• ウィルソンサイクル
• 「円形のウィルソンサイクル？」 2000-09-05。2005-08-30 にオリジナルからアーカイブ。