中学受験理科｜海岸の岩は塩で崩れる？｜結晶と岩の粒を分けて量る

海岸の岩が細かく崩れるとき、波が直接たたいたことだけが原因とは限りません。海水やしぶきに含まれる塩類が岩のすき間へ入り、乾燥などにともなって結晶を作ることが、岩を弱める一因になります。塩類風化と呼ばれる働きです。ここでは、岩の粒と塩の結晶を区別する実験の読み方を考えます。

水が入る場所と結晶ができる場所

岩には細かな穴や割れ目があります。塩を含む水がそこへ入ると、水が失われる過程などで塩の結晶が生じます。内部のすき間で起こる結晶化は、岩の粒の結び付きを弱めることがあります。どの岩でも同じ速さで進むわけではなく、水が入りやすいか、含む塩の種類、湿潤と乾燥の条件などが関係します。

表面に白い結晶が見えたから、必ず内部が同じだけ崩れたとは言えません。塩が表面へ移って結晶になる場合と、内部で変化する場合も区別します。目立つ白さだけを岩の損傷の大きさとして点数化しないことが重要です。

図：風化の分類から進め、乾燥残留塩で重量判定が逆転する実験。数値は本文の例題条件に対応する模型です。

塩水に浸した岩を乾かすと、残った塩によって重さが増えることがあります。一方では岩の粒が剥がれ、他方では塩が加わっているので、全体の差だけでは岩の損失を判断できません。岩そのものと残留塩を分けて量る工夫が必要になります。

ただし、洗って塩を除く操作にも条件があります。洗浄で岩の粒まで失う、岩の成分が水に溶ける、といった影響があれば単純には補正できません。以下の例題は、塩だけを完全に除けると明示した模型です。実測の意味を考えるための設定として読みます。

初めに乾いた岩100gがありました。塩水による処理と乾燥の後、岩と付着物を合わせて103gでした。残っていた塩は5gで、ほかの付着物はないとします。残る岩そのものの重さと、失われた岩の重さを求めなさい。

答え・解説： 岩は103−5＝98gで、失われた岩は100−98＝2gです。全体が3g増えていることと、岩が2g失われていることは同時に成立します。増加分だけを見て風化していない、と結論するのは誤りです。

同じ種類の岩を各100g用意し、同じ回数だけ濡らして乾かしました。最後に塩だけを完全に除くと、塩水処理の岩は97g、真水処理の岩は99gでした。各試料の岩の損失と、その差を求めなさい。この実験から言えることを一文で書きなさい。

答え・解説： 塩水では3g、真水では1g失われ、差は2gです。この条件では、塩水処理の方が岩の損失が大きかった、といえます。差の2gが世界中のすべての海岸の岩で同じになるとは言えません。また、一組だけの結果なら繰り返しの確認も必要です。

濡れた岩と乾いた岩を比べると、内部に残る水の重さが混ざります。同じ時間だけ乾かしても、岩によって乾き方が違うかもしれません。一定の方法で乾燥し、重さが安定したことを確認するなどの条件が、岩の変化を量るために重要になります。

処理回数をそろえても、一回の浸す時間が違えば比較は変わります。塩水の濃さ、温度、湿り具合、試料の表面積などを点検し、何を変えた実験なのかをはっきりさせます。単に海岸の岩と山の岩を拾って比較するだけでは、塩の影響だけを取り出せません。

塩の総量が多いほど必ず同じ割合で崩れる、という単純な比例を仮定しないようにします。どのすき間に、どのように結晶ができたかが関係するためです。大きな表面の結晶と、細かな内部の結晶では、岩への影響が同じとは限りません。

また、塩類風化だけですべての穴やくぼみを説明できるわけではありません。海岸には波の侵食、化学的な変化、生物の働きなどもあります。断面や実験記録がない写真だけなら、「塩類風化が関わる可能性」として扱い、唯一の原因だと断定しません。

計算するときは、岩、塩、水の欄を分けます。乾燥後だから水は除けたといえる場合でも、塩はまだ残ります。「乾燥した重さ」は常に「純粋な岩の重さ」という意味ではありません。試料へ入ったものを忘れないことが、この実験の中心です。

身近な海辺の景色から、溶解・蒸発・結晶化と地形の変化をつなげられます。用語を知った後にもう一歩進み、何を量れば岩の崩れを比較できるかを考えると、資料問題への理解が深まります。

残った岩を量る方法に加え、落ちた粒を受け皿へ集める方法も考えられます。ただし受け皿には塩の結晶も落ちる可能性があり、集まった乾燥物の全量を岩の粒としてはいけません。残った側と落ちた側のどちらを量っても、混じった塩を区別する必要があります。

受け皿から細かい粒が風で飛んだなら、回収できた量は実際の損失より小さくなります。残存試料から求めた損失と、回収した粒の量が合わない場合には、このような取りこぼしも検討します。数字が合わないことをすぐ計算ミスとせず、測定範囲の違いを考える手掛かりにします。

岩の表面積が大きい試料は、同じ重さでも水が触れる範囲が広いかもしれません。塊と細かい破片を比較して塩の濃度の効果だけを結論するのは難しくなります。試料の重さと形の両方をそろえるという条件が、風化の比較には意味を持ちます。