石灰岩が水に溶かされて洞くつができる。その洞くつの中では、天井から石が垂れ下がり、床から石が伸びています。「溶けてなくなる話」と「石が増える話」が同じ場所に出てくるので、混乱しやすいところです。ここでは、水がどこを通り、何を運び、どこで条件が変わるかを順にたどります。
石が動物や植物のように成長しているわけではありません。水に溶けて運ばれた成分が、再び固体として付け加わっています。洞くつを広げる働きと、その内部に形をつくる働きを、別々の場面として整理しましょう。
二酸化炭素を含んだ水が石灰岩を溶かす
雨水などは、空気中や土の中の二酸化炭素を取り込みます。その水が石灰岩の割れ目に入り、石灰岩の成分を少しずつ溶かして運ぶことがあります。長い時間のうちに水の通り道が広がり、石灰岩の洞くつができます。
砂粒を水の流れで転がして運ぶだけの変化とは違い、溶けた成分として水に入る過程がある点が重要です。目に見える白い粒が流れていないから、何も運ばれていないとは言えません。水が透明でも、成分を溶かしていることがあります。
洞くつの中で、再び固体が残る
石灰岩の成分を溶かした水が洞くつの空間へ出ると、水から二酸化炭素が抜けることなどにより、炭酸カルシウムが再び固体として出てくる場合があります。天井の水滴が落ちる場所などで、それが少しずつ積み重なります。
「水が乾いたから石ができる」だけで、すべてを説明しないようにしましょう。水に含まれる二酸化炭素の出入りや、成分が固体として出てくる条件も関わっています。溶けたときと析出するときで、水の置かれた環境が違うことが、二つの変化をつなぐ鍵です。
天井からと床からでは、名前が違う
天井からつららのように下がる形は、つらら石と呼ばれます。床側で、落ちた水滴から成分が積み重なり、上へ伸びる形は石筍です。上下がつながったものは石柱と呼びます。鍾乳石という言葉は、つらら石を指す使い方のほか、洞くつ内のこうした生成物を広く指す使い方もあるので、問題の用語説明に合わせます。
形の似た氷のつららと混同しないでください。ここでできている固体は、凍った水ではありません。水は成分を運ぶ役割を果たし、石の材料と運び手を分けて考えます。低温だから石筍になる、という説明にはなりません。
例題1：どこが増えると隙間が縮む？
天井から下がるつらら石の先端と、床から伸びる石筍の先端の間が12mmあります。模型として、つらら石は1年に0.3mm下へ、石筍は1年に0.1mm上へ伸び、速さが一定とします。二つがつながるまで何年ですか。
答え・解説： 隙間は1年に0.3＋0.1＝0.4mmずつ縮むので、12÷0.4＝30年です。上下が互いに近づくため、差の0.2mmではなく和を使います。ただし、これは計算用に成長を一定とした模型です。実際の洞くつの形成時間や、すべての鍾乳石の成長速度を30年とする意味ではありません。
例題2：長さだけで年齢が分かる？
ある石筍が100mmの高さになっています。最近の調査では、1年に0.2mm伸びました。「100÷0.2＝500だから、必ず500年前にでき始めた」と言ってよいでしょうか。
答え・解説： 必ずとは言えません。最近の一年の伸び方が、過去の全期間も同じだったという情報がないからです。水の供給や含まれる成分などの条件が変われば、伸び方も変わる可能性があります。500年は、初めからずっと毎年0.2mmずつ伸びたと仮定した計算結果です。実際の年代を決めるには、別の調査が必要です。
同じ長さでも、同じ経過とは限らない
洞くつ内には、成分が付け加わりやすい場所と、そうでない場所があります。水滴の数だけが多ければ必ず速く伸びる、とも限りません。水がどれだけ成分を含み、どのくらい固体として残すかも必要な条件です。太い石と細い石を見て、太い方が必ず古いと順位をつけるのも避けましょう。
観察の記録では、天井か床か、しずくの位置、形、測定した期間を具体的に残します。長い年月を感じさせる景色でも、数値の問題になったら、測定された量と仮定を切り分けます。「何年かかったか」を計算する前に、成長速度がいつから一定という設定なのかを一行書くと、答えの意味が明確になります。
石灰岩の洞くつは、風化と侵食の違いで扱う岩石の変化にもつながります。水に溶けても質量はなくならないことと合わせ、水に入った成分の行き先を追いましょう。溶けることと再び固体になることをつなげると、空洞と石の形が同じ水の働きから説明できます。