変成作用（読み）ヘンセイサヨウ

デジタル大辞泉

へんせい‐さよう【変成作用】

地下深部で、既存の岩石が温度や圧力の上昇によって変化し、鉱物組成や組織の違う岩石になること。この変化は大部分が固体の状態のままで起きる。広域変成作用・接触変成作用などがある。

出典　小学館

精選版 日本国語大辞典

へんせい‐さよう【変成作用】

1. 〘 名詞 〙 地殻の内部で岩石の鉱物組成と組織が再構成されること。主な要因は温度と圧力である。広域変成作用、接触変成作用などがある。

出典　精選版 日本国語大辞典

日本大百科全書(ニッポニカ)

変成作用
へんせいさよう

地殻の内部で、岩石の組織と鉱物組成とが、その場所での物理化学的条件に適合するように再構成されること。ここで物理化学的条件とは、温度、圧力、岩石中の水や炭酸ガスなどの圧力、岩石に働く変形作用などで、なかでも温度の効果が大きい。堆積(たいせき)岩はそれが生成したときよりも高い温度条件で、火成岩は低い温度で再構成されるのが普通である。

［橋本光男］

変成作用の条件と分類

変成作用がおこる地質学的条件にはいろいろな場合がある。一つは、火成岩マグマの貫入に伴って、その周辺の岩石の温度が上昇し、そのために変成作用がおこる場合で、それを接触変成作用という。この場合、支配的要因はもっぱら温度の上昇であるため、熱変成作用ということもある。一方、火成岩マグマの貫入とは直接関係なく、地殻内で広域にわたって温度が上昇すると、広い範囲の岩石が変成作用を受け変成岩になる。このような場合は広域変成作用とよばれる。広域変成作用は地殻変動に伴っておこるのが一般で、温度上昇のみならず、変形作用を伴うことが多い。さらに、堆積作用の進行に伴って、地層やその間に挟まれる火山岩が地下に埋没されていくと、それらは一般的な地温勾配(こうばい)の影響の下に再構成されることがある。このような場合は埋没変成作用という。埋没変成作用では温度はあまり高くならず、変形作用も著しくない。

(1)接触変成作用　前述のように、地殻の一部にマグマが貫入すると、その熱のために周囲の岩石の温度が上昇し、既存の造岩鉱物の間に反応がおこり、その結果、高い温度で安定な鉱物の組合せが生ずる。この際、変形作用は伴わないことが普通で、そのため生成する新しい鉱物組成の岩石は、片理のような特殊な構造をもつことなく、無構造ともいうべき組織を示す。このような変成岩をホルンフェルスという。接触変成作用のときには、温度上昇に比して圧力は高くないので、ホルンフェルスの造岩鉱物には、高圧鉱物は含まれない。さらに、マグマの中に周囲の岩石が取り込まれ、著しい高温条件に置かれると、一部が溶けたり高温で安定な鉱物ができる。このような場合は高温変成作用またはパイロ変成作用という。

(2)広域変成作用　これは何百キロメートルにも及ぶ広大な地域に変成岩が生成する現象で、造山運動の重要な要素の一つである。この場合には、岩石に変形作用が働くことが多く、そのため、生成する広域変成岩は顕著な方向性組織、すなわち片理や縞状(しまじょう)構造をもつ結晶片岩や片麻(へんま)岩になる。広域変成作用では温度とともに圧力も重要な要因であって、温度と圧力の比によって高圧低温型、中圧型、および低圧高温型など、いくつかの場合に分けられる。高圧低温型広域変成作用では、藍閃(らんせん)石、ローソン石、ひすい輝石などの高圧鉱物が生成する。また、この種の変成作用は、プレートの沈み込み帯に生ずるといわれている。

(3)埋没変成作用　火成岩マグマの貫入や造山運動などのような著しい地変に伴うことなく、地層や岩石の単なる埋没によっておこる変成作用。温度も圧力もあまり高くならず、変形作用も働かないので、岩石の再構成は完全でなく、もとの組織や鉱物が残っていることが多い。生成する鉱物も、沸石類やぶどう石のように、低温で安定なものである。

　いろいろな変成作用を受けるとき、岩石全体の化学組成は著しく変化しないのが普通である。もっとも、水H₂Oは、変成作用の温度が低いときには多く、高ければ少なくなる傾向があり、一般に水の量は変成作用に伴って変化する。ときには岩石全体の化学組成も著しく変化し、そのため鉱物組成もその影響を受けることがある。そのような場合をとくに交代作用という。交代作用はマグマの貫入を受けた石灰岩層などによくみられ、またそれに伴っていろいろな鉱床、つまり有用鉱石鉱物の集合体のできることもある。

　変成作用による岩石の再構成は、一般に固体状態のままでおこる。すなわち、変成作用のときに造岩鉱物間でおこる反応は、固体反応である。そのことは、変成岩がしばしば、もとの堆積岩や火成岩の組織を受け継ぎ、保存していることから推察される。いいかえると、変成岩は堆積岩や火成岩の組織を保ち、鉱物だけが変化したものともいえる。

［橋本光男］

変成相

変成作用は、堆積岩の生成温度よりも高く、マグマの温度よりも低い温度範囲でおこる。それはほぼ100℃から700℃ぐらいにわたる。一方、圧力はほとんど常圧から1万気圧以上に及ぶこともある。このように広い温度圧力範囲は、いくつかに分割、分類され、それぞれは変成相（または単に相）とよばれている。変成相は、その条件下で生成する特徴的な岩石あるいは鉱物の名前をとって、次のように名づけられている。

(1)沸石相　温度も圧力ももっとも低い場合。埋没変成作用の条件。

(2)ぶどう石パンペリー石相　沸石相よりもやや高温。

(3)緑色片岩相　温度がさらに高い場合。広域変成作用の最低温度条件。

(4)角閃岩相　変成相のなかでももっとも重要なもの。角閃岩や片麻岩のできる条件。

(5)藍閃石片岩相　温度に対して圧力の高い場合。高圧鉱物を生ずる。

(6)緑簾(りょくれん)石角閃岩相　(3)(4)および(5)の中間的条件の場合。

(7)グラニュライト相　広域変成作用の最高温度条件。マグマの温度に近い。

(8)エクロジャイト相　温度も圧力もきわめて高い場合。地殻下部や上部マントルの条件。

(9)輝石ホルンフェルス相　圧力に比して温度の高い場合。接触変成作用の高温部の条件。

(10)サニディナイト相　溶岩中の捕獲岩のように、圧力は常圧に近いが、温度がきわめて高い条件。岩石の一部は溶融することがある。

［橋本光男］

『都城秋穂著『変成岩と変成帯』（1966・岩波書店）』▽『橋本光男著『日本の変成岩』（1987・岩波書店）』▽『杉村新・中村保夫・井田喜明編『図説地球科学』（1988・岩波書店）』▽『都城秋穂著『変成作用』（1994・岩波書店）』▽『平朝彦・徐垣・鹿園直建・広井美邦・木村学著『岩波講座地球惑星科学9　地殻の進化』（1997・岩波書店）』▽『坂野昇平・鳥海光弘・小畑正明・西山忠男著『岩石形成のダイナミクス』（2000・東京大学出版会）』▽『周藤賢治・小山内康人著『岩石学概論』上下（2002・共立出版）』

[参照項目] | 角閃岩 | 火山岩 | 火成岩 | 岩石 | 結晶片岩 | 交代作用 | 縞状構造 | 造山運動 | 堆積岩 | 沸石 | ぶどう石 | 変成岩 | 変成帯 | 片麻岩 | 片理 | ホルンフェルス | 藍閃石 | ローソン石

各種変成相の温度・圧力条件

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)

改訂新版　世界大百科事典

変成作用 (へんせいさよう)
metamorphism

岩石がいったんできたあとで，それができたときとは異なる温度・圧力の状態で化学反応を起こし，元の鉱物組成とは違った鉱物組成になるプロセスを指す。たとえば砂岩や泥岩に高温のマグマが貫入したとき，マグマの周囲の岩石は高い温度状態に置かれる。このとき砂岩や泥岩に含まれる石英，斜長石，雲母などの鉱物は化学反応を起こして，黒雲母やキン青石，カリ長石などの鉱物が生ずる。このように岩石中で新しく鉱物が成長するプロセスを再結晶作用という（再結晶作用という場合，微粒の結晶が大きく成長するプロセスもいうが，ふつうは化学反応によって新しく鉱物が成長することをいう）。このように考えると再結晶作用は変成作用のおもなプロセスであるといえる。

　変成作用では熱のみではなく，圧力や差応力などの力や水分が再結晶作用を促していると考えられる。とくに水分は変成作用の過程で出たり入ったりしている。たとえば泥岩は，元来水分を多量に含んでいる岩石だが，変成作用をうけてその大部分の水分は失われる。一方，玄武岩質の溶岩や火砕岩はほとんど水分をもっていないが，変成作用によって水を含んだ鉱物が大量に作られる。古い鉱物が新しい鉱物に置き換わるときも，古い鉱物が水分にわずかずつゆっくりと溶け，代わって新しい鉱物がゆっくりと成長している。このようなプロセスは変質作用や風化作用の場合とよく似ている。

変成作用のおもな種類

（1）熱変成作用　おもに熱の作用によって起こる変成作用のこと。ふつうは接触変成作用に対して用いる。貫入火成岩体の周囲数百m～数kmぐらいの規模で起こる。熱変成作用でできた変成岩は片理や片麻状組織を示さず，塊状で緻密（ちみつ）であり，結晶は互いに入り組んでいる。このような変成岩はホルンフェルスと呼ばれる。（2）広域変成作用　造山運動のときには地下深く押し込まれた堆積岩や火成岩が広い地域にわたって変成作用をうける。変成作用は著しい変形運動を伴っていて，変成岩ははがれやすい性質をもつ結晶片岩になったり，片麻状組織をもつ片麻岩になる。その結果，結晶片岩や片麻岩は相当幅広く帯状に分布することになる。このような変成帯をつくる変成作用を広域変成作用と呼ぶ。（3）動力変成作用　地殻のやや深い所では強い差応力のもとで岩石や鉱物が流動し変形する。このとき岩石はその元来の組織をくずし，多くは細粒の結晶の集合体となり，また一部の鉱物は引き伸ばされる。このようにしてできた岩石をミロナイトと呼んでいる。中央構造線北側の鹿塩ミロナイトは有名である。変形が著しかったり，断層付近で集中的に変形するとき，その岩石がもともと花コウ岩や斑レイ岩などの変形しにくい岩石では，断層面の非常に近い部分は摩擦熱で著しく温度が上昇する場合がある。このような場合にはごく一部分が融解し，小規模の岩脈様岩石が作られる。この岩石をシュードタキライトpseudotachyliteと呼んでいる。

　このほか大規模な変成作用には，中央海嶺付近で起こる大洋底変成作用がある。

変成作用の起こる条件

変成作用の温度はふつう100℃から800℃ぐらいである。これより高い温度では，水分を含んだ岩石は融解がはじまり，連続的にマグマがつくられる。この現象はふつうアナテクシスanatexisと呼ばれ，このようにしてできた岩石はミグマタイト（混成岩）と呼ばれる。また低い温度では再結晶作用が著しくゆっくりと進行するため，見かけ上ほとんど変成作用は起こらない。大量の水分がある場合には，十分に低い温度でも岩石や鉱物は比較的速やかに変化することがある。このプロセスは変質作用または風化作用と呼ばれている。地下の温度は深部ほど連続的に高くなるので，造山帯では中央部ほど高い温度で形成された変成岩が見られるようになる。変成温度が高いほど再結晶作用は速やかに進み，造山帯の広い部分は細粒の千枚岩や結晶片岩で構成されているが，中央の高温の部分ではおもに片麻岩などの粗粒の変成岩から構成されるようになる。

　変成岩の結晶の大きさは一般には温度によって支配されると考えられてきた。これは再結晶作用の速さが温度が高いほど速いことから考えられることであった。ところが最近になって変形が十分に進んだ岩石では，結晶の大きさが温度よりも差応力の大きさによっているということが指摘されはじめた。それによると岩石の結晶の大きさが差応力に反比例するとされている。確かにミロナイトのように十分に変形した岩石では，結晶粒の大きさは変形が進むほど小さくなっている。一方，再結晶作用が比較的速やかに起こるほど温度が高ければ，反対に個々の結晶粒子は大きくなる傾向にある。一定の差応力の下では，これら双方のプロセスがバランスを保って結晶の大きさが一定となるらしい。そこで造山帯のように差応力の加わっている地域で変成作用が起これば，変形も十分に進行していると考えられる。したがって変成岩の結晶の粗さは，変成作用の温度よりむしろ再結晶しているときに岩石に加わった差応力の大きさを示していることも考えられる。変成作用の圧力の大きさは数気圧から数万気圧におよんでいる。この圧力は地下の非常に浅い所から上部マントル付近の深さの圧力に相当する。つまり圧力の高い条件で起こった変成作用は，地下の非常に深い所まで岩石が押し込まれたことを示している。

　一般に高い圧力の変成作用では比重の大きい鉱物組成の岩石がつくられる。そこで同じ温度であっても圧力の条件が異なる変成作用では，できる変成岩の鉱物組成は違ったものになる。もちろん同じような圧力であっても変成温度が異なれば，変成岩の鉱物組成も違ったものになる。そこで変成岩を温度や圧力の目盛で分類することも可能である。変成相という考え方はこのようにして決められたもので，同じような温度と圧力で変成作用をうけてできた変成岩は同一の変成相に属するという。
執筆者：鳥海 光弘

出典　株式会社平凡社「改訂新版　世界大百科事典」

岩石学辞典

変成作用

この語がフィリップスによって用いられる以前に，ハトンの時代にはすでにmetamorphosisやmetamorphosedという語が使用されていた［Phillips : 1837, Hutton : 1795, Boue : 1820, Boase : 1834］．一般に変成作用とは岩石が温度，圧力，化学的な条件の変化に対応して再結晶作用や化学反応を行い，鉱物学的あるいは組織構造が変化する過程をいう．新しく物質が添加される場合もある．起こる深さは風化作用，続成作用や膠結作用の地帯以下であって，流体の作用が支配的には影響しない場合をいう［Holmes : 1920, Mehnert : 1968］．
変成岩の研究の初期の段階では変成作用に変質作用（alteration）と分解作用（decomposition）のすべてを含めていた［Van Hise : 1904, Leith & Mead : 1915］．このように広義に変成作用を解釈する人々も，内容的には風化帯（weathering zone）と膠結帯（cementation zone）とに分けて区別している．ヴァン・ハイスやリースとミードは変成作用（metamorphism）を解析変成作用（katamorphism）と合成変成作用（anamorphism）とに分けている．現在では風化作用，続成作用，膠結作用などの変質作用は含めない．このような広義の変成作用の解釈は変質作用との区別がなくなり，適当な使用法ではない．語源を考えなければこれらの内因的な変質作用を制限した方が便利である［Daly : 1917, Tomkeieff : 1983］．
初期の変成作用の研究では変形作用（deformation）に重点が置かれていたが，次第に化学変化が重要視されるようになった．しかし温度と圧力による作用のみを変成作用と解釈して，化学変化を別に交代作用（metasomatism）として区別する考えがあった．後に交代作用を合わせて変成作用と考えるようになったが，ターナーらは変成過程（metamorphic process）と交代過程（metasomatic processs）とを区別している［Turner & Verhoogen : 1951］．
変成作用は物理的および化学的な環境条件の変化に対して鉱物学的・化学的および組織構造的に岩石が適応することである．一般には変成作用の温度の上限は岩石が熔融する温度であり，岩石の組成・種類や水などの揮発性成分により異なる．低温では変成作用は続成作用に移行するとされている［片山ほか : 1970］．しかし高温部では部分熔融との区別が難しく，低温部では弱い変成相の存在が知られており，どの程度からを変成作用とするかは問題がある．ギリシャ語のmetamorphosisは形の変化の意味．

出典　朝倉書店

百科事典マイペディア

変成作用【へんせいさよう】

地質学的原因によって既存の岩石の鉱物組成，組織，構造，ときに化学組成が変化させられ新しい種類の岩石（変成岩）がつくられる作用。それぞれ特徴的な地質学的現象と結びついて特徴的な変成岩ができる。おもなものは広域変成作用，動力変成作用，接触変成作用，熱変成作用である。
→関連項目続成作用｜変成鉱床｜変成帯

出典　株式会社平凡社

化学辞典 第2版

変成作用
ヘンセイサヨウ
metamorphism

火成岩やたい積岩が，それらが最初につくられた温度，圧力，その他の条件と違う環境におかれると，その新しい条件に適応すべく，鉱物組成や岩石の組織，化学組成に変化が起こる．このような変化のすべてを広い意味の変成作用とよぶ．この場合には，風化や続成作用を含む．しかし，一般的には，風化や続成作用は変成作用には入れないで，地下の深いところで起こる固体の化学反応による変化だけをさす．たとえば，ある岩石が地球の深いところで，マグマの貫入時の熱による変成作用を受ける(接触変成作用)とか，造山運動に伴う圧力を受ける(広域変成作用)ことにより変化することである．前者の例は大理石，後者の例は片麻岩がある．

出典　森北出版「化学辞典（第2版）」

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

変成作用
へんせいさよう
metamorphism

既存の岩石が，それらが最初できたときとは違う温度，圧力，化学的条件のもとで，固体のままで再結晶作用を行い，新しい条件に応じた別の鉱物組成，岩石組織を有する岩石に変化する作用。変成作用の物理条件 (温度，圧力) の上限は，岩石が溶融する条件で限定される。低温では変成作用が続成作用に移化する。風化作用や局部的な熱水変質作用は変成作用には含まれない。貫入火成岩の熱的影響による接触変成作用と，造山運動に伴って広範囲の岩石が変成される広域変成作用とに大別される。

出典　ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典