中学受験理科｜枕状溶岩は水中でどうできる？｜表面の殻と中の溶岩

表面が先に冷え、中はまだ流れる

枕状溶岩は、水中へ出た溶岩などが急に冷やされ、丸みを帯びたかたまりを重ねるようにできる形です。外側は水に接して早く冷える一方、内部にはまだ流れる高温の溶岩が残ることがあります。全体が一瞬で固まると考えず、表面と内部の時間差を分けることが、この形のでき方を理解する入口です。

内部へ溶岩が供給されると、できた外殻の一部が破れて新しいかたまりが伸びる場合があります。その繰り返しが、丸い形の集合を作ります。転がっているうちに角が削られた川の石とは、丸くなる理由が違います。水に関係する丸い石というだけでは、流水による摩耗か、水中での急冷かは決められません。

外殻が固くても中が空とは限らない。数値のある図は本文の例題模型です。

外側の殻と空洞を混同しない

外側が固まったという説明から、中が必ず空洞だと考えるのは飛躍です。内部も後で冷えて固まれば、かたまりの中に岩石が残ります。溶岩洞のように内部が流れ去って空間になる現象とは区別します。どちらも外が先に固まるという点は似ていても、内部の物質が最終的にどこへ行ったかが違います。

表面の急冷により、周囲に細かな組織やガラス質の部分ができる場合があります。ただし写真の色だけで冷え方を確定するのは難しく、断面や周囲の地層などを合わせて調べます。割れ目や形を手がかりにする場合も、一つの特徴だけを唯一の証拠にしないようにします。資料問題では示された観察事項を一つずつ対応させます。

例題1｜外殻と内部の割合

計算模型として、あるかたまりの体積が1000cm³あり、外殻が200cm³、内部が800cm³でした。外殻が全体に占める割合は何％ですか。外殻が先に固まった時点で、全体の80％が空気だったと言えますか。

答え・解説：外殻は200÷1000×100＝20％です。残り80％は内部ですが、この条件ではまだ溶岩があるので、空気とは言えません。「固まっていない」を「物質がない」と読み替えないことが大切です。割合の計算が合っていても、その80％が何を表しているかを取り違えると、図の説明は誤りになります。

例題2｜現在の高さと昔の環境

現在、標高300mの場所で、水中形成を示す特徴を持った枕状溶岩が見つかりました。このことだけから、形成当時の海面が現在より300m高かったと断定できますか。ほかにどのような変化を考える必要がありますか。

答え・解説：断定できません。形成後に土地が隆起した可能性や、水域が海ではなく別の水域だった可能性など、資料に応じた検討が必要です。水中でできた証拠と、当時の海面の絶対的な高さは同じ情報ではありません。地面の高さが変わらなかったという条件がなければ、現在の標高をそのまま昔の水位に置くことはできません。

丸い形を比べるための観察

川の丸い石なら、運搬や衝突で角が取れる説明が考えられます。枕状溶岩では、隣のかたまりとの関係や、冷えた表面の構造が重要です。形を一つだけ切り抜いた写真より、集まり全体がどう重なるかが分かる写真の方が、でき方の手がかりを多く含みます。岩石の表面を削ったり持ち帰ったりせず、資料の図と記録で比較します。

また、冷える速さを比べる実験模型では、大きさ、表面積、周囲の温度、材料の種類が関係します。小さい模型が早く冷えたことだけで、実際の巨大な溶岩の時間を同じ比で求めることはできません。外と内の差という観点を利用しつつ、模型の数値を自然の実測時間へ勝手に変換しないようにしましょう。岩石の問題でも、物質の移動と熱の移動を別々に追うと、見慣れない形を説明する助けになります。

外殻の厚さと体積の割合は同じ比ではない

図の殻が薄く見えても、外側をぐるりと覆うため、その体積の割合は厚さだけから直感で決めにくいものです。球や円柱のように形を決めた模型なら、外側全体の体積から内部の体積を引いて殻を求めます。自然の枕状溶岩は理想的な球とは限らないため、半径を一つ測れば正確な殻の体積が出るとは言えません。例題では体積を直接与えて、形の計算と状態の読み取りを分離しています。

内部が固まる途中でも外殻には割れ目ができる可能性があります。割れた部分へ新しい溶岩が押し出されれば、隣のかたまりとつながる経路になります。写真に接して並ぶ丸い形があっても、一つずつ独立した石が後で積み重なったとは限りません。接触する面やつながりを調べる理由は、単なる集合と、形成中につながった構造を区別するためです。全体の配置を切り離して一個の形だけ見ないことが大切です。

冷えた表面が黒っぽいことと、岩石がどの成分からできているかも別の情報です。風化した表面は色が変わることがあり、写真の照明でも印象が変わります。岩石名を特定するには、鉱物や組織など別の資料を使います。「水中で冷えたからこの岩石名」という一対一の暗記にすると、成分と冷え方を混ぜてしまいます。火成岩の分類で学ぶ二つの観点を、この形の観察でも分けて扱いましょう。

水中形成の証拠がある地層の上に、陸上で堆積したことを示す地層があれば、環境の変化を考える手がかりになります。ただし、それらがいつ、どの順序で重なったかを地層の関係から確かめる必要があります。現在の山の高さだけから過去の深さを引き算するより、周囲の地層と形成時期を合わせる方が根拠は強くなります。形、組織、重なり、現在位置を別々の欄に記録すれば、一つの証拠へ頼り過ぎない説明ができます。