地殻は、組成的に異なる地球の最外層の岩石層です。 地殻は何からできているのでしょうか。 この質問に対する答えは、地殻がどのような化学元素、鉱物、岩石からできているかを知りたいかどうかによって異なります。 意外かもしれませんが、約十種類の化学元素、鉱物、岩石があれば、地殻の約99％を説明することができます。 この記事では、これらの本当に一般的な、そしておそらく少し一般的でないが、私たちの足元の地面の注目すべき構成要素について説明します。
地殻の一般的な岩石。 最初の列の火成岩：花崗岩、はんれい岩、玄武岩。 2段目の変成岩：片麻岩、片岩、角閃岩。 3列目の堆積岩：砂岩、頁岩、石灰岩
これらの数値は研究によって異なる。
これは、地殻内のさまざまな種類の岩石の相対的な割合とその平均組成に関する我々の理解に基づいて、地殻の化学組成を推定したものです。
平均的な大陸地殻の厚さは40km以上ですが、それを直接サンプリングする方法がないため、私たちの理解は確かに限られています。 最も深い鉱山はわずか4キロメートル、最も深い掘削穴は12キロメートルの深さです。
| 元素 | 一般鉱物 | 一般岩石 | |
|---|---|---|---|
| 酸素 | ケイ化物・酸化物等。 酸素は地殻中に非常に広く存在し、また非常に反応性が高い。 | ほとんどすべての一般的な岩石は酸素を含んでいます。 硫化鉱体と蒸発岩層だけがほとんど酸素を含んでいませんが、体積的には比較的僅少です。 | |
| シリコン | シリコンにはケイ酸塩という独自の大きな鉱物群があります。 地殻の 90% 以上が珪酸塩鉱物で構成されています。 珪素と酸素は、地殻の中で最も一般的な化学元素であり、また、互いに非常に好んで付き合っています。 純粋な酸化ケイ素は石英として知られ、地殻の12%を占めている。 ケイ素は常に酸素と結合します。 | ケイ酸塩鉱物は、ほとんどの一般的な岩石タイプ（玄武岩、花崗岩、片麻岩、砂岩など）の構成単位です。 炭酸塩岩（石灰岩、ドロマイト岩）および蒸発岩（石膏岩、岩塩）は顕著な例外である。 これらは純度の高いものであればケイ素を含まない。 不透明な鉱石鉱物（酸化物、硫化物）は、ほとんどの種類の岩石で頻繁に含まれる微量成分です。 | |
| アルミニウム | 8.1 | ケイ酸塩鉱物（長石、粘土鉱物、雲母）に非常に広く含まれています。 アルミニウム水酸化物（ベーマイト、ダイアスポア、ギブサイト）はアルミニウム鉱石鉱物として経済的に重要です。 | 長石は地殻に非常に多い鉱物で、地殻の半分以上（51％）がこの鉱物群からできています。 雲母と粘土鉱物も一般的で、どちらも地殻の約5％を占めている。 したがって、アルミニウムも極めて広く存在している。 しかし、通常、珪酸塩鉱物にはあまり多く含まれていません。 珪酸塩岩石からアルミニウムが抽出されることは、ごく稀です。 ボーキサイトは、高温多湿の地域で形成されたアルミニウムに富むラテライトで、アルミニウムの水酸化物を含み、主にアルミニウムを採掘しています。 ボーキサイト中のアルミニウムは、珪酸塩岩石の化学風化の残渣です。 |
| 鉄 | 5.0 | 鉄は鉱物中に広く存在する元素です。 鉄を多く含む珪酸塩鉱物としては、輝石、角閃石、カンラン石、黒雲母黒雲母、ガーネットなどが注目される。 また、鉄は堆積岩の重要な構成元素でもある。 鉄はアルミニウムと同じように水に溶けにくく、持ち去られにくい。 鉄はラテライト質の土壌に多く含まれ、錆色の酸化鉄鉱物のヘマタイトを形成する。 ヘマタイトは、多くの鉱物や岩石を赤く着色する原因となっています。 酸化鉄の磁鉄鉱は、変成岩や火成岩の付属鉱物として一般的である。 硫化鉄の黄鉄鉱は最も一般的な硫化物鉱物である。 鉄は炭酸塩（シデライト、アンケライト）、粘土鉱物（緑泥石、緑泥石）にも含まれる。 鉄は強い発色団を形成する元素であり、母体鉱物を暗く発色させる。 このため、ほとんどの輝石や角閃石は黒い。 | 鉄は、実は地球全体で最も多く存在する唯一の化学元素だが、そのほとんどは核にある。 鉄を多く含む地殻岩としては、玄武岩、斑レイ岩、角閃岩、緑柱石などが有名です。 鉄を多く含む岩石は数多くありますが、採掘される鉄のほとんどはBIF（banded iron formation）と呼ばれる変成堆積岩からです。 |
| カルシウム | 3.6 | カルシウムも非常に広く含まれています。 斜長石長石（地殻の39％）には必ず含まれているが、そこではカルシウムの量に差がある。 最も重要な輝石と角閃石（オーガイトと角閃石）にはカルシウムが含まれている。 カルシウムは、ガーネット、エピドート、ウォラストナイト、チタナイトなど、他の多くのケイ酸塩鉱物に含まれている。 カルシウムは、主に堆積環境で非常に重要な鉱物である方解石の構成要素です。 リン酸カルシウムのアパタイトも一般的な鉱物です。 石膏は、硫酸カルシウムが化学的に水和した主要な蒸発岩石鉱物です。 フッ化カルシウムはミネラル蛍石として知られています。 | 火成岩、堆積岩、および変成岩で同様にうまく発生します。 特によく知られているカルシウムを含んでいる岩石のタイプは石灰岩です。 その変成岩に相当するのが大理石です。 大理石は石灰岩と同じ方解石でできている。 方解石は非常に優れた鉱物です。 純粋な方解石からなる火成岩も存在します。 これはカーボナタイトと呼ばれるものですが、石灰岩や大理石と比べると非常に珍しいものです。 火成岩中のカルシウムは斜長石、輝石、角閃石などの鉱物に含まれることが多い。 主なカルシウム含有変成岩は角閃石（玄武岩が変成したもので、カルシウムは角閃石と斜長石によってホストされている）である。 リン鉱石も重要なカルシウム含有堆積岩である（カルシウムはリン酸塩鉱物のアパタイトに包蔵されている）。 カルシウムはまた、石膏という鉱物として蒸発岩中に存在する。 |
| ナトリウム | 2.8 | ナトリウムはケイ酸塩鉱物に広く存在する。 アルカリ長石、斜長石ともに重要な構成要素である。 ナトリウムを含有する輝石は比較的まれである。 ナトリウムは角閃石中にやや多く含まれるが、カルシウムほどではない。 よく知られているナトリウム含有珪酸塩鉱物はトルマリンである。 長石類の重要な構成元素であるが、長石類、トルマリン類とも比較的稀である。 堆積環境における主要なナトリウム含有鉱物はハライト（NaCl）である。 | 長石を含む火成岩および変成岩。 風化した火成岩や変成岩のナトリウムの多くは海水中に溶解する。 岩塩は最も重要なナトリウム含有堆積岩です。 |
| カリウム | 2.6 | カリウムとナトリウムは化学的および地質学的に類似した化学元素であります。 カリウムはアルカリ長石の重要な構成元素である。 ほとんどのアルカリ長石はナトリウムよりカリウムを多く含むので、K-長石と呼ばれることが多い。 カリウムを含む重要な珪酸塩鉱物はマイカである（地殻の5％）。 黒雲母と白雲母は最も重要なマイカであり、いずれもカリウムを含む。 最も重要なカリウム含有堆積鉱物はシルバイト（KCl）である。 | アルカリ長石とマイカは珪酸塩火成岩および変成岩（花崗岩、片麻岩、片岩など）によく含まれる岩石である。 風化した火成岩や変成岩のカリウムの多くは海水に溶けている。 シルバイトはハライト（岩塩）ほど一般的な蒸発物ではなく、シルバイトの析出にはより高い蒸発速度が必要だからです。 |
| マグネシウム | 地殻下のマントルではマグネシウムが非常に広く存在しています。 カンラン石と輝石がそこで最も重要なマグネシウム含有鉱物で、これらの鉱物はいくつかの地殻岩、特に色の濃い火成岩の構成要素にもなっています。 角閃石もマグネシウムを含むが、輝石より少ない。 マグネシウムイオンは鉄と大きさが似ているため、鉱物の格子内で鉄と容易に置き換わることができる。 これはカンラン石、輝石、角閃石、さらにはマイカ（金雲母はMgに富む黒雲母の一種）でも同様である。 変成岩中のMgに富む重要な鉱物はタルクと蛇紋岩である。 堆積物中のマグネシウムは、主に炭酸塩のドロマイトとマグネサイトに含まれる。 海水には多くのマグネシウムが溶けている。 海水からマグネシウムが抽出される。 | 重要なMg含有火成岩は超苦鉄質岩（かんらん岩、輝緑岩）である。 玄武岩や斑レイ岩のような輝石を多く含む岩石もMgを含むが、その量は少ない。 変成岩では蛇紋岩や滑石片岩がMgを多く含む。 最も重要なMg含有堆積岩はドロマイト岩で、これはMgに富む隕石水が石灰岩を透過してドロマイトに変化したものである。 | |
| その他 | 1.5 | 地殻中の他の共通元素はチタン、水素、リン、マンガン、フッ素などである。 その出現はやや限定されるが、いずれも鉱物や岩石中の重要な元素である。 | |
The most abundant minerals in the crust
もしこれらの鉱物が本当にありふれたものなら、私たちは皆、もっとよく知っているはずですね。 そうです、私たちはそうだと思います。 名前はわからなくても、きっと見たことがあるはずです。 しかし、上記のケイ酸塩があまりにもありふれた存在であるため、ほとんどの人はその存在に気づかないか、あるいは気にも留めないのではないでしょうか。 以下に、これらの鉱物を自然環境下（露頭や手で採取したもの）で撮影した写真を紹介します。 岩石の中にある鉱物をあえて見せているのは、地殻の中でこのように生成されるからです。 完璧な結晶面を持つ美しいサンプルは見栄えがするが、地殻の中では稀である。 私はそのような結晶を教材として重視していません。 自分で見つける可能性は極めて低く、したがって、ほとんど教えてくれません。
斜長石は地殻の中で最も重要な鉱物である。 上のダイアベースのサンプルのような苦鉄質火成岩によく含まれています。 細かい玄武岩質の地層にある白い細長いフェノクリスストは斜長石結晶である。 黒い結晶は輝石（鉱物のオーガイト）に属する。 オーガイトと斜長石は細粒の地塊中にも存在する。 大きな結晶はマグマが噴出する前にゆっくりと形成され、残りは急速に固化した。 斜長石が多いのは、玄武岩とそれに相当する変成岩が非常に広く分布しているためである。 海洋地殻の大部分は玄武岩類で構成されている。 サンプルはカナリア諸島のテネリフェ島で採取されたもの。 
別の玄武岩のサンプルですが、今回はカンラン石が多く含まれています。 カンラン石（緑色）は斜長石や輝石（どちらも地殻中に存在する）よりも密度が高いので、溶岩流の底に沈み、カンラン石積岩が形成される。 このカンラン石玄武岩はハワイ・オアフ島で採取されたものである。 試料の幅6cm。 
粘土鉱物は小さすぎて、個々に表示することができません。 光学顕微鏡で見ても、これらの鉱物が濡れているか乾いているかによって、泥や塵しか見えません。 粘土鉱物は、他の珪酸塩鉱物（主に長石）が風化してできた珪酸塩である。 写真はエストニアの粘土採石場で撮影したものです。
生石灰は2大マイカ鉱物の1つです。 もう一つは明るい色の白雲母です。 サンプルはノルウェーのEvjeから。 試料の幅11cm。
地殻に最も多い岩石の種類
岩石は火成岩、変成岩、堆積岩の3つのグループに大別されます。 海洋地殻の大部分は玄武岩質の火成岩で、大陸の縁辺部では最も厚い堆積物の薄いベニアに覆われています。 大陸地殻はより厚く、より古い。 また、大陸地殻はより変化に富み、構造的に非常に複雑である。 大陸地殻には、人類が知っているほぼすべての種類の岩石が存在する。 隕石、マントルからのゼノリス、オフィオライト（旧海洋地殻の破片）でさえ、大陸地殻の構成要素である。
大陸地殻のおよそ4分の3は堆積岩に覆われ、そのほとんどすべては緩い堆積物（土、砂、土など）に覆われています。 私たちはこれらの物質に最も多く遭遇しますが、地表にこれだけ多く存在するにもかかわらず、地殻全体の質量の8％程度しか占めていないことを理解しておく必要があります。 堆積物は埋没後、堆積岩に固まる。 砂は砂岩に、石灰質の泥は石灰岩に、粘土は粘土岩に変化する。 堆積岩が安定するのは地殻の上層部だけである。 深部では高い圧力と温度によって変成（鉱物の再結晶）し、さまざまな変成岩になる。 大陸地殻の大部分は変成岩でできている。 火山活動の活発な地域では、火成岩も地表によく見られるが、地殻の深いところでは花崗岩（ほとんどが）貫入として生じる。
重要な堆積物には、砂、粘土、泥（粘土と細かい砂の湿った混合物）、石灰質の泥がある。 堆積岩は、石灰岩（地殻の2％）、砂岩（1.7％）、粘土岩（4.2％）が広く分布し、これらは前記の緩い堆積物が石化したものである。 ハライトや石膏のような化学堆積物も重要であるが、全体の体積は明らかに地殻の1％以下である。 重要な火成岩は、花崗岩、花崗閃緑岩、斑レイ岩、玄武岩、閃緑岩、安山岩などである。 これらの岩石がどの程度の割合で含まれているかは非常に難しい。 重要な変成岩は、広く分布する堆積岩や火成岩が変成したものである。 一般的な変成岩は、粘板岩（変成粘土岩）、片岩（粘板岩より高級）、石英岩（砂岩）、大理石（石灰岩）、片麻岩（火成岩または堆積岩）、角閃岩（玄武岩）である。
堆積物・堆積岩
炭酸塩岩の大部分は、かつて海底の炭酸塩泥であった。 この泥は有孔虫、球石藻、腹足類などの小さな炭酸塩の殻でできている。 このサンプルはバミューダ産のサンゴ砂で、サンゴ礁のかけらやフォラムテストから構成されている。 幅32mm。
砂岩は、石化した砂のこと。 この砂岩はモンゴル・ゴビ砂漠の砂丘砂である。 視野幅10mm
石灰岩は通常、海洋生物の石灰質の遺骸で構成されている。 時には肉眼で確認できるほど大きなものもある。 ここでは、エストニア（オルドビス紀）の石灰岩から三葉虫、腕足類、蘚苔類などの化石を採取したものを紹介します。 サンプルの幅16cm
石膏はエバポライト鉱物の一種である。 エバポライトは、ラグーン内の濃縮（塩分濃度が高い）海水から結晶化した水溶性の化学堆積物です。 写真はキプロスで撮影
砂岩は、石化した砂です。 赤色は、堆積物の大部分を占める石英粒を覆う微細なヘマタイト（酸化鉄）の粉によるものです。 エストニアのデボン紀の砂岩の露頭
石灰岩は、ほとんどの場合、石灰質の泥が石化したものである。 
泥岩（代替名称は頁岩、粘土岩、アルギライト）は、石灰化した泥である。 スコットランドの露頭。 ハンマーでスケールを測る。 泥岩は最も一般的な堆積岩である。
泥岩は、ほとんどの場合、急速に移動する泥水の雪崩が大陸の斜面を移動することによって形成される。 このような土砂の流れは、濁流と呼ばれる。 濁流は通常、シルト岩（非常に細かい砂岩）と泥が交互に何層にも重なってできている。 シルトは粘土鉱物よりも速く沈降するため、どの海流も2つの異なる層で構成されています（さらに多くの層がある場合もあります）。 ここに、暗い色の泥岩とその下の明るい色のシルト岩の写真があります。 これらのサンプルは、スペインの濁流から採取されたものです。 このサンプルは一つの露頭から採取したものですが、そこで隣り合っていたわけではありません。 サンプルの幅は20cmほどです。
モロッコのタービダイトの露頭。 このような堆積物列は以前はフライシュと呼ばれていた。 この用語は、フライシュがどのように形成されるかという説明が、今では明らかに古くなっているため、最近ではほとんど使われなくなりました。
火成岩
火成岩は、シリカの含有量によって分類されます。 シリカを多く含む岩石は、通常、淡い色をしています。 最も重要な鉱物は長石と石英です。 これらの岩石は長石＋シリカでフェルシックロックと呼ばれる。 一般的なフェルシック岩石は、花崗岩と流紋岩です。 マフィック岩石は、シリカが少なく、マグネシウムと鉄が比較的多い岩石です。 色は黒っぽく、苦鉄質岩（マグネシウム＋鉄）と呼ばれる。 しかし、フェルシア質、マフィック質にかかわらず、これらの岩石はマグネシウムや鉄よりもシリコンを多く含む。 苦鉄質岩の重要な鉱物は、輝石、斜長石、時にはカンラン石や角閃石も含まれる。 また、中間の組成を持つ岩石（閃緑岩、安山岩）もある。
火成岩はさらに、貫入岩（深成岩）と押出岩（火山岩）に分類されます。 貫入岩は粗粒で、貫入岩は細粒である。 花崗岩、閃緑岩、斑れい岩は貫入岩である。 火山岩は、流紋岩、安山岩、玄武岩など。 フェルシア岩は粘性が高いため、地表に出ることは比較的少ない。 通常、貫入岩として固化する。 そのため、花崗岩は非常に一般的な岩石であり、流紋岩は珍しくもないが、花崗岩ほど広範囲には分布していない。 苦鉄質岩の場合は違います。 玄武岩質のマグマは粘性が低く、比較的容易に地表に流れ出す。 玄武岩は、特に海洋地殻の上部に多く存在する岩石である。 安山岩はその中間に位置する。 沈み込み帯火山に関連する岩石としてはかなり一般的ですが、玄武岩ほど広く分布していません。
ちなみに、大陸地殻の平均組成は安山岩のそれです。 したがって、大陸地殻がどのように形成されたかを知るヒントになると考えています。 それは沈み込み帯火山活動で、海洋地殻の玄武岩より密度が低く、マントルに潜り戻れない中間の組成の溶岩を作るのです。 つまり、大陸地殻は海洋地殻のベルトコンベアーによってリサイクルされず、時間が経つにつれてどんどん大きくなっていくしかないのです。
リオライトは、花崗岩の火山性のものです。 スコットランドからのサンプルは幅8cm。
斑糲岩は苦鉄質貫入岩です。 
玄武岩ははんれい岩に相当する火山岩で、キプロス産（旧海洋地殻のトロドスオフィオライト）の試料は幅7cmである。 
安山岩は普通火山岩で、苦鉄質岩と軟岩の中間の組成を持つ。 白い鉱物は斜長石である。
変成岩
この岩石は、もとは砂岩でしたが、深く埋まって石英粒が融合し、珪岩という丈夫な変成岩になったものです。 
大理石は石灰岩が変成したものです。 方解石で構成されています。 露頭はロシアのカレリアにあります。
Schistは強く葉化した変成岩で、変成泥岩の可能性が高いです。 スコットランドで撮影。
スペイン産の片岩のハンドサンプル。 幅9cm。
緑泥石片岩は変成した苦鉄質火成岩で、鉄分を含む緑泥石鉱物に富み、岩に縞状の劈開を与えている。 試料幅13cm
片麻岩は、非常にありふれた変成岩である。 おそらく地殻の1/5までが片麻岩で構成されている。 ロシア、カレリア地方。 この標本は、ピンク色のK長石、灰色の石英、黒色の黒雲母という普通の花崗岩の組成を持つ。 試料の幅11cm。