岩石（地質学）

地質学では、岩石（または石）は、天然に存在する固体の塊、または鉱物や鉱物質の集合体です。含まれる鉱物、化学組成、形成方法によって分類されます。岩石は、地球の外側の固体層、地殻、および液体の外核とアセノスフェア内のマグマの塊を除く地球内部の大部分を形成します。岩石の研究には、岩石学や鉱物学など、地質学の複数の分野が含まれます。地球上で見つかった岩石に限定される場合もあれば、他の天体の岩石を研究する 惑星地質学が含まれる場合もあります。

岩石は通常、火成岩、堆積岩、変成岩の3 つの主なグループに分類されます。火成岩は、マグマが地殻内で冷えるか、溶岩が地表または海底で冷えるときに形成されます。堆積岩は、堆積物の続成作用と岩石化によって形成され、堆積物は既存の岩石の風化、輸送、堆積によって形成されます。変成岩は、既存の岩石が高圧と高温にさらされ、著しく溶融することなく変化したときに形成されます。

人類は、最も古い時代から岩石を利用してきました。石器時代と呼ばれるこの初期の時代には、多くの石器が開発されました。石は当時、建物や初期のインフラの建設に主要な要素として使われていました。地球から岩石を抽出し、金属などの鉱物を採取するために、鉱業が発達しました。現代の技術により、コンクリートなどの新しい人工岩石や岩石のような物質の開発が可能になりました。

地質学は、岩石層の研究を含む地球とその構成要素の研究です。岩石学は、岩石の特徴と起源の研究です。鉱物学は、岩石を構成する鉱物成分の研究です。岩石とその成分の研究は、地球の歴史の地質学的理解、人類の歴史の考古学的理解、そして人類社会における工学と技術の発展に貢献してきました。^[1]

地質学の歴史には、人類の歴史を通じて存続してきた岩石とその起源に関する多くの理論が含まれていますが、岩石の研究が正式な科学として発展したのは19世紀です。この時期には深成岩説が理論として発展し、1896年の放射性崩壊の発見により、岩石の放射性炭素年代測定が可能になりました。プレートテクトニクスの理解は20世紀後半に進みました。^[2]

岩石は主に鉱物の粒子で構成されており、鉱物は原子が化学的に規則的な構造に結合して形成された結晶性固体です。 ^{[4] : 3}一部の岩石には、結晶構造を欠く火山ガラスなどの硬い鉱物のような物質である鉱物質も含まれています。 ^{[5] : 55, 79}岩石に含まれる鉱物の種類と量は、岩石の形成方法によって決まります。

ほとんどの岩石には、結晶格子にシリカ四面体を含む化合物であるケイ酸塩鉱物が含まれており、既知の鉱物種の約3分の1、地球の地殻の約95％を占めています。^{[6]岩石や鉱物に含まれる}シリカの割合は、それらの名前と特性を決定する主要な要因です。^[7]

岩石は、鉱物や化学組成、透水性、構成粒子の質感、粒子サイズなどの特性に応じて分類されます。これらの物理的特性は、岩石を形成するプロセスの結果です。^[5]時間の経過とともに、岩石はある種類から別の種類に変化する可能性があり、これは岩石サイクルと呼ばれる地質学的モデルで説明されています。この変化により、火成岩、堆積岩、変成岩の3つの一般的な岩石クラスが生成されます。

これら 3 つのクラスは、さらに多くのグループに分けられます。しかし、類似の岩石の間には明確な境界はありません。鉱物の割合が増減することで、岩石は段階的に変化します。したがって、ある種類の岩石の特徴的な構造をたどって、別の種類の岩石の構造に徐々に溶け込んでいくことができます。したがって、岩石の名前に採用されている定義は、連続的に段階的に変化する一連の岩石の特定のポイントに対応しているだけです。^[8]

火成岩（ラテン語のigneus （火）に由来、ignis（火）に由来） ^[9]は、マグマまたは溶岩が冷却して固まることによって形成されます。このマグマは、惑星のマントルまたは地殻のいずれかに存在する既存の岩石の部分溶融から生成される可能性があります。通常、岩石の溶融は、温度の上昇、圧力の低下、または組成の変化の3つのプロセスのうちの1つ以上によって引き起こされます。^{[10] ：591–599}

火成岩は主に 2 つのカテゴリに分けられます。

• 深成岩または貫入岩は、マグマが地殻内でゆっくりと冷えて結晶化することで生成されます。このタイプの一般的な例は花崗岩です。
• 火山岩や噴出岩は、マグマが溶岩や破片状の噴出物として地表に到達し、軽石や玄武岩などの鉱物を形成することによって生成されます。^[5]

マグマは地表に向かって上昇するにつれてシリカが豊富になる傾向があり、このプロセスはマグマ分化と呼ばれます。これは、マグマが冷え始めるとシリカの少ない鉱物が結晶化する（ボーエンの反応シリーズ）ためと、マグマが上昇する過程で地殻の岩石の一部を同化する（母岩）ためであり、地殻の岩石はシリカを多く含む傾向があります。したがって、シリカ含有量は火成岩を分類するための最も重要な化学的基準です。^[7]アルカリ金属酸化物の含有量は次に重要です。^[11]

地球の地殻の体積の約65%は火成岩で構成されています。これらのうち、66%は玄武岩と斑れい岩、16%は花崗岩、17%は花崗閃緑岩と閃緑岩です。閃長岩はわずか0.6% 、超塩基性岩は0.3%です。海洋地殻は99%が玄武岩で、塩基性組成の火成岩です。花崗岩や花崗岩類として知られる類似の岩石は、大陸地殻の大部分を占めています。^{[12] [13]}

堆積岩は、地球の表面で、以前の岩石、鉱物、生物の破片が集積してセメント化することによって形成されます^[14]、または水中での化学的沈殿物と有機成長（沈降）として形成されます。このプロセスにより、砕屑性 堆積物（岩石の破片）または有機粒子（デトリタス）が沈殿して蓄積するか、鉱物が溶液から化学的に沈殿（蒸発岩）します。その後、粒子状物質は適度な温度と圧力で圧縮とセメント化を受けます（続成作用）。^{[5] : 265–280  [15] : 147–154}

堆積物は、堆積する前に、発生源地域での侵食による以前の岩石の風化によって形成され、その後、水、風、氷、土砂移動、または氷河（侵食の原因）によって堆積場所まで運ばれます。^[5]地殻の体積の約7.9％は堆積岩で構成されており、そのうち82％は頁岩で、残りは6％の石灰岩と12％の砂岩とアルコースで構成されています。^[13]堆積岩には化石が含まれていることがよくあります。堆積岩は重力の影響を受けて形成され、通常は水平またはほぼ水平の層または地層に堆積するため、成層岩と呼ばれることもあります。^[16]

堆積物と砕屑性堆積岩の粒子は、さらに粒径によって分類することができます。最も小さい堆積物は粘土で、次にシルト、砂、砂利が続きます。いくつかのシステムでは、測定単位として玉石や岩石が含まれます。^[17]

変成岩は、堆積岩、火成岩、または他の古い変成岩など、あらゆる岩石の種類を、元の岩石が形成されたのとは異なる温度と圧力条件にさらすことによって形成されます。このプロセスは「形状が変化する」という意味の変成作用と呼ばれます。その結果、石の物理的特性と化学的性質が大きく変化します。原岩として知られる元の岩石は、再結晶化によって他の鉱物タイプまたは同じ鉱物の別の形状に変化します。^[5]このプロセスに必要な温度と圧力は、常に地球の表面にあるものよりも高く、150～200 °C を超える温度と 1500 バールを超える圧力になります。^[18]これは、たとえば大陸プレートが衝突するときに発生します。^{[19] : 31–33, 134–139}​​ 変成岩は、体積で地殻の 27.4% を占めます。^[13]

変成岩は形成メカニズムに基づいて3つの主要なクラスに分けられます。マグマが侵入して周囲の岩石を加熱すると、接触変成作用（温度が支配的な変化）が起こります。圧力変成作用は、堆積物が地中深くに埋まっている場合に起こります。圧力が支配的で、温度はそれほど重要ではありません。これは埋没変成作用と呼ばれ、翡翠などの岩石ができます。熱と圧力の両方が関与するメカニズムは広域変成作用と呼ばれ、これは通常、山脈形成地域で見られます。^[7]

変成岩は構造によって2つの一般的なカテゴリーに分けられる。組織を持つものは葉状岩と呼ばれ、残りは非葉状岩と呼ばれる。岩石の名前は、含まれる鉱物の種類に基づいて決定される。片岩は葉状岩で、主に雲母などの層状鉱物で構成される。片麻岩は明度が異なる目に見える帯を持ち、一般的な例は花崗岩片麻岩である。葉状岩の他の種類には、粘板岩、千枚岩、マイロナイトなどがある。非葉状変成岩のよく知られた例としては、大理石、石鹸石、蛇紋岩などがある。この系統には、砂岩の変成形態である珪岩とホルンフェルスが含まれる。^[7]

岩石に関する理解のほとんどは地球の岩石から来ているが、岩石は宇宙の天体の多くを構成している。太陽系では、火星、金星、水星が岩石で構成されており、多くの天然衛星、小惑星、流星体も岩石でできている。地球に落下する隕石は、地球外の岩石とその組成の証拠となる。隕石は通常、地球上の岩石よりも重い。小惑星の岩石は、はやぶさミッションなどの宇宙ミッションを通じて地球に持ち込まれることもある。^[20] 月の岩石や火星の岩石も研究されている。^[21]

岩石の使用は、人類の文化的、技術的発展に大きな影響を与えてきました。岩石は、少なくとも250万年前から人間や他のヒト科動物によって使用されてきました。^[22]石器技術は、最も古く、継続的に使用されている技術の一部です。金属含有量を目的とした岩石の採掘は、人類の進歩における最も重要な要素の1つであり、地域の岩石から入手できる金属の種類によって、場所によって進歩の速度が異なります。

人造岩は、人間の活動によって形成された合成または再構成された岩石です。コンクリートは、天然の岩石と加工された岩石で構成される人工岩石として認識されており、古代ローマの時代から開発されてきました。^{[23]岩石は、}エポキシ花崗岩などの他の物質で改変して新しい形状を開発することもできます。^[24] 人工石も、コード石のように開発されています。^[25]地質学者のジェームズ・R・アンダーウッドは、人造岩を火成岩、堆積岩、変成岩と並ぶ第4の岩石クラスとして提案しました。^[26]

岩石の強度は多種多様で、引張強度が300MPaを超える珪岩^[27]から、素手で砕けるほど柔らかい（つまり脆い）堆積岩まであります。^[28]（比較すると、構造用鋼の引張強度は約350MPaです。^[29]）比較的柔らかく、加工しやすい堆積岩は、エジプトで紀元前4000年には建築用に採掘され、^{[30] 、}内モンゴルでは紀元前2800年には石が要塞の建設に使用されていました。 ^[31]柔らかい岩石である凝灰岩はイタリアでは一般的で、ローマ人は多くの建物や橋に使用しました。^[32]石灰岩は中世ヨーロッパの建築に広く使用され^[33]、20世紀まで人気が続きました。^[34]

鉱業とは、地球上の鉱体、鉱脈、層から貴重な 鉱物やその他の地質学的物質を抽出することです。^[35]この用語には土壌の除去も含まれます。鉱業で回収される物質には、卑金属、貴金属、鉄、ウラン、石炭、ダイヤモンド、石灰岩、オイルシェール、岩塩、カリ、建設用骨材、規格石材などがあります。農業プロセスでは栽培できない、または実験室や工場で人工的に作成できない物質を入手するには、鉱業が必要です。より広い意味での鉱業には、地球からのあらゆる資源（石油、天然ガス、塩、さらには水など）の抽出が含まれます。 ^[36]

岩石や金属の採掘は先史時代から行われてきました。現代の採掘プロセスには、鉱床の探査、計画された鉱山の収益性の分析、必要な材料の抽出、そして採掘が終了したら他の用途に備えるための土地の再生が含まれます。^[37]

採掘プロセスは、採掘作業中だけでなく、採掘が中止された後も何年もの間、環境に悪影響を及ぼす可能性があります。これらの潜在的な影響により、世界のほとんどの国が採掘作業の悪影響を管理するための規制を導入しています。^[38]

石器は、人類やそれ以前の人類によって何百万年もの間使用されてきました。石器時代は、石器が広く使用されていた時代でした。^[39] 前期石器時代の道具は、ハンマーストーンや鋭い剥片などの単純な道具でした。中期石器時代の道具は、先端が尖っていて、槍先、錐、またはスクレーパーとして使用されました。後期石器時代の道具は、職人技と独特の文化的アイデンティティをもって開発されました。 ^[40]冶金学の発達に伴い、石器は銅や青銅の道具に大きく取って代わられました。

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