地 質 ニュース509 号,35-42 頁,1997 年 1 月 ChishitsuNewsno.509,p.35-42,Janua 吋,1997 つくば 噴 石 のミクロの 世 界 奥 山 ( 楠 瀬 ) 康 子 1トン 富 樫 茂 子 2) 木 多 紀 子 2) て.はじめに 正 月 の 松 飾 りも 取 れない1996 年 1 月 7 日 の 夕 刻 に 落 下 した つくば 明 石 は,さっそくその 晩 のニュー スの 話 題 をさらった.テレビ 画 面 に 見 る 隈 石 は, 玉 子 犬 の 破 片 状 で, 白 く 鮮 やかな 割 れ 口 が 印 象 的 だ った.ひょっとしたら 他 にも 落 下 破 片 があるか,など と 考 えているうちに,9 日 になって, 第 1 号 発 見 地 点 からかなり 離 れたつくば 市 内 で 第 2 号 が 見 つかった との 知 らせ. 著 者 の 一 人 の 富 樫 はすぐに 駆 けつけ, 問 題 の 物 体 を 噴 石 と 同 定 し,ただちに 最 初 の 発 見 個 体 を 同 定 した 国 立 科 学 博 物 館 に 連 絡 した.が, 電 話 でやりとりする 明 石 の 特 徴 が,どうも 噛 み 合 わない. 変 だと 思 ううちに,やがて 謎 が 解 ける.つくば 明 石 は, 異 なった 性 質 の 明 石 がまじりあった, 角 礫 岩 と 呼 ばれるタイフの 明 石 だったのだ. 角 礫 岩 の 構 造 を 持 つ 隈 石 は, 部 分 ごとに 歴 史 が 違 うことが 珍 しくない.そしてそれを 解 明 するには, 顕 微 鏡 や 各 種 の 分 析 装 置 を 用 いた 研 究 が 不 可 欠 で ある. 明 石 の 形 成 史 を 調 べることにより, 地 球 を 含 めた 太 陽 系 の 形 成 過 程 を 明 らかにする 上 で 重 要 な 情 報 がもたらされるが,それにはミクロの 世 界 に 踏 み 込 んだ 詳 しい 研 究 が 必 要 である.ここでは, 顕 微 鏡 の 下 でのつくば 明 石 の 素 顔 を 紹 介 したい. 2. 慣 石 の 薄 片 づくば 明 石 は, 石 質 明 石 の 中 で 最 も 多 数 派 の 普 通 コンドライト に 属 する.はじめに 角 礫 岩 である と 書 いたが, 実 は 回 収 された23 個 の 個 体 の 中 で 角 礫 岩 の 構 造 がはっきりしているのは,2 号 6 号 11 号 ( 写 真 1),そして17 号 である(もちろん, 全 体 が 熔 融 殻 で 覆 われた 個 体 の 中 に, 角 礫 岩 タイプのものが ないとは 限 らないのだが ). 角 礫 岩 タイフの 明 石 は, 白 っぽい 角 ばったブロック(クラストと 呼 ぶ)と, その 問 を 埋 めるやや 暗 い 灰 色 で 細 粒 のマトリックス からなる. 角 礫 岩 の 構 造 を 持 たない 明 石 は 自 っぽい 均 質 な 組 織 を 示 し, 角 礫 岩 中 のクラストによく 似 る ( 写 真 2).どちらの 場 合 も, 銀 白 色 の 金 属 鉄 ( 正 確 に は 鉄 ニッケル 合 金 )の 細 かな 粒 が 数 多 く 認 められる ことが, 地 球 上 の 岩 石 と 異 なる(つくば 明 石 の 肉 眼 的 特 徴 は, 奥 山 ( 楠 瀬 )ほか(1996)に 詳 しい).しか 写 真 1つくば 明 石 11 号 の 個 体 写 真. 発 見 者 は, 松 本 写 真 2 茂 氏 (つくば 市 ).スケール バー=1cm. ' 畔 蝉 坤 碑 串 つくば 明 石 10 号 の 個 体 写 真. 発 見 者 は, 池 辺 琢 之 氏 ( 阿 見 町 ).スケール バー 二 1cm. 1) 地 質 調 査 所 地 質 標 本 館 2) 地 質 調 査 所 地 殻 化 学 部 キーワード:つくば 噴 石, 普 通 コンドライト,コンドリュール, 多 源 的 角 礫 岩, 岩 石 学 的 タイプ, 衝 突 1997 年 1 月 号
一 36 一 奥 山 ( 楠 瀬 ) 康 子 富 樫 茂 子 木 多 紀 子 しこれ 以 上 のことは,ごく 細 かな 鉱 物 が 集 まってで きている 明 石 だけに, 肉 眼 ではわからない. 顕 微 鏡 で 調 べるにしても, 不 透 明 な 石 みたいなものをどう やって 観 察 するのだろうか?ここで 必 要 となるの が, 明 石 試 料 を 光 が 通 るほど 薄 い 板 にして 顕 微 鏡 観 察 ができるようにする, 特 殊 な 技 術 である. この 技 術,すなわち 薄 片 作 成 の 技 術 は, 元 来 は 地 球 上 の 岩 石 を 研 究 するために 用 いられてきた. 明 石 の 薄 片 の 場 合 も 作 成 法 は 基 本 的 に 地 球 上 の 岩 石 と 同 じで, 明 石 を 薄 く 切 断 し, 合 成 樹 脂 製 の 接 着 剤 で スライドグラス と 呼 ぶガラス 板 に 貼 り 付 けた 後,グ ラインダーの 上 で 力 一 ボランダムをはじめとする 研 磨 剤 を 使 って, 厚 さ 約 O.03mmまですり 減 らしてい く. 細 粒 の 研 磨 剤 を 使 って 研 磨 面 をある 程 度 滑 かに 仕 上 げた 後,スライドグラスよりずっと 薄 いカバーグ ラスをかけて 樹 脂 封 入 する.これが, 私 たちが 研 究 用 に 使 った 薄 片 である. 薄 片 になった 明 石 の 厚 さは, 身 近 にあるものでは 新 聞 紙 程 度 の 厚 みしかな い.こうなればさしもの 噴 石 も(そして 地 球 上 の 岩 石 も), 一 部 の 鉱 物 をのぞき 光 を 通 すようになり, 顕 微 鏡 での 観 察 が 可 能 になる.つくば 明 石 はかんらん 石 など 脆 い 珪 酸 塩 鉱 物 とともに, 多 量 の 金 属 鉄 を 含 む が, 薄 片 製 作 の 過 程 でこの 金 属 鉄 がグラインダーの うえでずるずる 延 びて, 作 成 にあたった 技 術 者 の 方 は 大 変 苦 労 なさったそうである 明 石 でなくても, 力 学 的 な 性 質 の 違 う 物 質 が 混 在 する 試 料 の 薄 片 製 作 は, 概 してむずかしい. この 金 属 鉄 は,O.03mmに 薄 くしても 不 透 明 なま まだ. 同 じく 明 石 中 に 含 まれるトロイライト( 硫 化 鉱 物 )も, 同 様 だ.この 種 の 不 透 明 鉱 物 を 調 べる 場 合 は, 薄 片 の 一 面 を 鏡 のように 磨 き 上 げカバーグラス をかけない 研 磨 薄 片 を 作 り, 反 射 光 を 観 察 する. 電 子 線 を 用 いた 微 小 分 析 にかける 試 料 も, 同 じく 研 磨 薄 片 とする. 研 磨 薄 片 の 製 作 では, 鏡 のように 磨 き 上 げた 一 面 を 保 護 をかねて 一 度 スライドグラスに 貼 り 付 け, 反 対 側 からすり 減 らして 所 定 の 厚 さにした 後,そちらを 別 のスライドグラスに 貼 り 付 けて, 改 め て 鏡 のように 磨 いた 側 を 表 に 出 す 反 転 処 理 がかか せない. 性 質 の 違 う 鉱 物 からなる 明 石 試 料 について 研 磨 薄 片 を 作 るのは 普 通 の 薄 片 を 作 る 以 上 に 難 し く,まさに 特 殊 技 術 申 の 特 殊 技 術 といえる. 3 偏 光 顕 微 鏡 の 世 界 私 たちが 最 初 に 顕 微 鏡 で 見 ることができたつくば 明 石 は, 個 体 番 号 でいう7 号 だった.1 月 12 日 に, 著 者 の 一 人 木 多 が,7 号 の 発 見 者 ( 大 和 田 善 孝 氏 )とと もに 落 下 地 点 付 近 をくまなく 捜 し, 落 下 によって 傷 の ついたアスファルト 舗 装 の 隙 間 から 小 さなかけらを 採 取 したものである.このかけらはその 日 のうちに, 地 質 標 本 館 試 料 調 製 課 の 大 和 田 朗 氏 の 手 により, 薄 片 となった. 顕 微 鏡 で 見 るつくば 明 石 7 号 は,かんらん 石 や 斜 方 輝 石 の 無 色 の 結 晶 が 密 に 詰 まった, 完 晶 質 の 組 織 を 持 っていた( 口 絵 写 真 1 左 ). 真 っ 暗 にみえるの は, 金 属 鉄 とトロイライトで, 両 者 は 透 過 光 では 区 別 がつかない. 視 野 を 暗 い 状 態 にすると( 直 交 ポーラ ーという, 後 述 ), 赤 青 黄 色 の 色 とりどりに 見 える かんらん 石 の 粒 が 非 常 に 多 く,ついで 白 ないし 灰 色 に 見 表 る 斜 方 輝 石 が 目 についた( 口 絵 写 真 1 右 ). 地 質 ニュー 一 ス 第 499 号 の 表 紙 を 飾 ったのは,7 号 の 暗 い 視 野 の 状 態 での 顕 微 鏡 写 真 である. ここまで 顕 微 鏡 と 書 いてきたが,これは 生 物 試 料 を 調 べる 普 通 の 光 学 顕 微 鏡 とはかなり 違 った 顕 微 鏡 である. 生 物 顕 微 鏡 で 使 う 光 源 (たとえば, 反 射 鏡 を 介 した 太 陽 光 や 電 球 の 光 )は, 光 の 振 動 方 向 が そろっていなし. これは, 明 石 や 地 球 の 岩 石 のよう に 結 晶 が 集 まってできているものを 調 べるのには 適 していない. 結 晶 には, 方 向 によって 光 の 伝 わる 速 度 や, 光 を 吸 収 する 割 合 が 違 うものが 多 い.このよ うな 性 質 を, 光 学 的 異 方 性 という. 異 方 性 を 持 った 結 晶 を 調 べるには, 波 としての 振 動 方 向 がそろった 光 (これを 専 門 的 には 平 面 偏 光 という)を 使 う 必 要 がある. 噴 石 や 岩 石 を 調 べるための 顕 微 鏡 には, 光 の 振 動 方 向 をそろえるための 偏 光 板 が 組 み 込 まれ ており,このためこのような 顕 微 鏡 を 特 に 偏 光 顕 微 鏡 と 呼 ぶ. 偏 光 顕 微 鏡 の 偏 光 板 (ポーラー)は, 試 料 ( 薄 片 ) をはさんで 上 下 に 一 枚 ずつ 組 み 込 まれており, 上 の 偏 光 板 は 着 脱 できるようになっている. 視 野 の 明 る い 状 態 は 上 の 偏 光 板 をぬいた 状 態 であり, 下 の 偏 光 板 を 通 った 平 面 偏 光 で 試 料 を 観 察 することになる. 上 の 偏 光 板 を 入 れると, 下 方 ポーラーのみの 状 態 か ら 一 転 して 視 野 は 暗 くなり, 無 色 だった 鉱 物 は 黄 色 や 青 など 原 色 に 近 い 色 に 見 える. 下 の 偏 光 板 を 通 地 質 ニュース509 号
つくば 隈 石 のミクロの 世 界 一 37 一 写 真 3つくば 明 石 7 号 中 のコンドリュール. 斜 方 輝 石 の 放 射 状 結 晶 から 成 り, 完 全 に 再 結 晶 したマトリックスに 囲 ま れる. 左 が, 下 方 ポーラーのみ, 右 が 直 行 ポーラー.ともに 画 面 横 幅 =1mm. った 平 面 偏 光 は, 試 料 中 の 結 晶 を 通 過 する 時 に, 結 晶 の 光 学 的 異 方 性 のために 二 つに 分 かれて 進 む. この 二 つの 光 が 互 いに 干 渉 することによって, 鮮 や かな 色 が 生 まれるのだ.これを 専 門 的 には, 鉱 物 の 干 渉 色 という. 干 渉 色 を 観 察 する 視 野 の 暗 い 状 態 を, 直 交 ポーラーと 呼 ぶ. 上 の 偏 光 板 を 通 過 できる 光 の 振 動 方 向 が, 下 の 偏 光 板 を 通 過 した 光 と 直 交 する 向 きにあるからだ. 偏 光 顕 微 鏡 を 使 うことで, 私 たちは 薄 片 の 中 の 鉱 物 の 種 類 や, 結 晶 学 的 な 向 き などを 知 ることができる. 干 渉 色 は, 鉱 物 自 体 の 光 学 的 性 質 だけではなく, 薄 片 の 厚 さによっても 異 な る. 薄 片 を0.03mmの 標 準 の 厚 さに 仕 上 げるには, 鉱 物 の 干 渉 色 を 見 ながら 最 後 の 研 磨 を 行 っている. 4. 顕 微 鏡 で 見 るつくぱ 唄 ; 百 一 結 晶 質 のクラス トー 私 たちが 顕 微 鏡 ではじめてみたつくば 明 石 は, 角 礫 岩 の 構 造 を 持 たない, 組 織 の 均 質 な7 号 であっ た. 鏡 下 でもこの 隈 石 は 結 晶 質 で,かんらん 石 や 斜 方 輝 石 が 大 部 分 を 占 め, 明 石 に 特 徴 的 なコンドリュ ールもはっきりしなかった( 口 絵 写 真 1). 結 晶 粒 に はかんらん 石 も 斜 方 輝 石 も,O.1mm 程 度 の 大 型 の (!)ものと,その 間 を 埋 める 大 きさにしてその1/10な いし1/20のきわめて 細 粒 のものがあった.いずれも コロッとした 粒 状 であったり,やや 不 規 則 な 形 をして いたりする.かんらん 石 や 斜 方 輝 石 は,マグマから の 生 成 のように 比 較 的 自 由 に 成 長 できると, 四 角 柱 に 似 た 本 来 の 形 ( 臼 形 )の 結 晶 になる.7 号 に 見 るよ うな 粒 状 の 結 晶 は, 地 球 の 岩 石 では, 地 質 学 的 な 変 動 が 比 較 的 少 ない 静 穏 な 環 境 で, 熱 の 影 響 だけを 受 けて 鉱 物 が 成 長 したような 形 成 史 の 岩 石 によく 見 られる.たとえば, 地 下 に 貫 入 したマグマ( 深 成 岩 体 )のまわりの 岩 石 がマグマの 熱 によって 変 化 した (これを, 再 結 晶 作 用 という) 接 触 変 成 岩 や,マント ルを 作 るかんらん 岩 の 一 部 に,このような 組 織 を 持 つものがある. 大 型 の 斜 方 輝 石 の 中 には,かんらん 石 の 丸 い 結 晶 粒 を 包 みこんだ 面 白 い 組 織 のものがあった( 口 絵 写 真 3).これは,ゆっくり 冷 却 固 化 した 地 球 の 深 成 岩 の 中 の 輝 石 に 時 々 見 られる 組 織 だが, 変 成 岩 の 中 にも 認 められないわけではない. では, 普 通 コンドライトには 欠 かせない コンドリュ ール はどこにあるのだろうか?7 号 には 写 真 3の ような 斜 方 輝 石 の 放 射 状 結 晶 集 合 体 が, 所 々に 認 め られる.これがコンドリュールに 相 当 する. 集 合 体 の 外 形 は 丸 味 を 持 つが, 全 体 としては 破 片 状 に 見 える. コンドリュールの 内 部 も, 明 らかに 再 結 晶 カミ 進 んで いる. 変 成 岩 のようだと 繰 り 返 すが, 実 際, 普 通 コンドラ イトには7 号 のように 再 結 晶 作 用 の 形 跡 を 色 濃 くとど めるものが 少 なくない. 普 通 コンドライトは, 第 一 に は 鉄 分 全 体 の 量 と, 鉄 の 酸 化 状 態 によって 分 類 され る.つくば 明 石 は, 鉄 に 冨 むH( 孤 幼 iron)コンドラ イトである( 分 類 については 冨 樫 ほか, 六 号,に 詳 し い). 分 類 のもう 一 つの 軸 が 組 織 的 組 成 的 な 変 化 の 程 度 で( 地 球 の 岩 石 に 対 して 使 う 変 成 度 に 相 当 ), 明 石 の 場 合 は 岩 石 学 的 タイプ という 言 葉 で あらわされる. 普 通 コンドライトの 変 成 度 は 岩 石 学 的 タイプ3から6までとされ, 数 字 が 大 きいほど 変 成 度 1997 年 1 月 号
一 38 一 奥 山 ( 楠 瀬 ) 康 子 富 樫 茂 子 木 多 紀 子 写 真 4つくば 明 石 1 号 ( 発 見 者 は,つくば 市, 小 宮 恒 夫 氏 ).7 号 と 同 様, 全 体 が 結 晶 質.かんらん 石, 輝 石 ( 明 るく 見 える 部 分 ), 金 属 鉄,トiコイライト ( 不 透 明 な 部 分 )などからなる. 画 面 横 幅 二 2.6mm. 下 方 ポーラーのみ. が 高 い. 岩 石 学 的 タイフ1から3は, 水 や 有 機 物 に 富 む 炭 素 質 コンドライトに 限 られる. 変 成 度 の 低 い 普 通 コンドライトは, 丸 いコンドリュールと 結 晶 化 していな いマトリックスを 持 つ.7 号 のように,コンドリュール 以 外 の 部 分 が 完 全 に 結 晶 化 し,コンドリュール 自 体 にも 再 結 晶 の 跡 を 認 めるものは, 最 も 変 成 度 の 高 い タイプ6にランクされる(コンドリュールまで 著 しく 再 結 晶 して 特 有 の 組 織 が 失 われてしまったものを,そ の 上 のランクであるタイフ7とする 分 類 もある). 普 通 コンドライトには,タイフ5ないし6の よく 焼 かれた" ものが 珍 しくない.つくば 明 石 の 前 年 に 石 川 県 に 落 下 した 根 上 噴 石 は, 鉄 分 に 乏 しく( 工 Wircm) 変 成 度 の 高 いL6 型 のコンドライトだった.この 明 石 の 顕 微 鏡 写 真 は, 地 質 ニュース492 号 の 表 紙 に 掲 載 さ れている( 石 渡,1995).499 号 のつくば 明 石 と 比 較 していただきたい. その 後, 薄 片 を 作 ることのできた 個 体 が 増 えるに 連 れて,7 号 のほかにも 変 成 度 の 高 い 完 晶 質 の 組 織 を 持 つ 明 石 があることがわかってきた. 写 真 4に 見 る1 号 も,また14 号 もこのタイフであった.これらは, 割 れ 口 に 白 い 均 質 な 内 部 組 織 がのぞく 共 通 した 肉 眼 的 特 徴 を 持 っている.このような 見 かけのものは, 7 号 などとともに 完 晶 質 の 個 体 と 考 えてよいだろう. さらに 角 礫 岩 質 の 組 織 を 持 つ 明 石 のクラストの 部 分 も, 同 じような 見 かけを 示 し 完 晶 質 で 変 成 度 が 高 い ことを, 私 たちは11 号 の 薄 片 を 観 察 することで 確 認 写 真 5 つくば 噴 石 11 号 中 の 各 種 のコシドリュール( 矢 印 ). 細 粒 臼 形 のかんらん 石 が 密 に 詰 まった コンドリュール( 上 ),ブレード 状 のかんらん 石 急 冷 結 晶 から 成 るコンドリュール( 中 ), 斜 方 輝 石 の 細 針 状 の 急 冷 結 晶 から 成 るコンドリュール( 下 ) などが 認 められる. 画 面 横 幅 =0.8mm. 下 方 ポ ーラーのみ.あわせて 口 絵 写 真 5 参 照. した.つまり 角 礫 岩 の 構 造 の 認 められない 個 体 (た とえば7 号 など)は, 大 きなクラストの 一 部 と 考 えら れるのだ. 5 角 礫 岩 質 の 唄 ; 百 一 さまざまなコンドリュー ルー 11 号 は 角 礫 岩 質 の 個 体 で, 落 下 地 点 では 大 小 さ まざまの 破 片 になって, 道 路 や 芝 畑 など 約 20m 四 方 に 散 らばっていた. 発 見 者 の 松 本 茂 氏 のご 厚 意 に より, 私 たちは 研 究 用 の 小 片 を 譲 り 受 け, 一 部 を 薄 片 にした. 11 号 中 のクラストには, 肉 眼 的 に 多 少 色 が 違 うも のがあり( 豊 ほか,1996, 参 照 ), 岩 石 学 的 タイフや 組 織 が 互 いに 異 なるかもしれないと 当 初 は 予 想 し た.しかし 薄 片 によると( 口 絵 写 真 4),クラストの 部 分 は 金 属 鉄 に 富 み 完 晶 質 で,1 号 や7 号 と 良 く 似 て いる.クラストでの 岩 石 学 的 タイプのはっきりした 違 いは, 今 のところ 見 出 されていない. 地 質 ニュース509 号
つくば 明 石 のミクロの 世 界 一 39 一 写 真 6 斜 方 輝 石 の 放 射 状 結 晶 から 成 る 犬 型 のコンドリ ュール.つくば 明 石 11 号. 下 方 ポーラーのみ. 画 面 横 幅 =1.3mm.11 号 のコンドリュールは 全 般 に 外 形 を 良 く 保 存 するが, 写 真 に 見 るような 大 型 のコンドリュールは,しばしば 破 片 状 であ る. 11 号 で 最 も 注 目 されるのは, 肉 眼 で 暗 灰 色 に 見 完 る 角 礫 岩 のマトリックスの 部 分 である. 薄 片 で 見 る マトリックスには,かんらん 石 輝 石 の 自 形 に 近 いば らばらの 結 晶 や, 数 多 くの 丸 っこいものが 浮 かんで いる.これぞコンドリュール1しかもその 内 部 の 組 織 は, 実 にさまざまだ. 最 も 目 立 ち,かつ 美 しい" のは,かんらん 石 を 含 むコンドリュールで,ブレード ( 刃 ) 状 の 放 射 状 あるいはほぼ 平 行 な 結 晶 が 内 部 を 埋 めるもの( 写 真 5および 口 絵 写 真 5)だけではなく, 外 形 は 自 形 だが 中 身 が 一 部 ぬけたかんらん 石 の 骸 晶 "が 一 杯 に 詰 まっていたり( 口 絵 写 真 4),コロッと した 自 形 のかんらん 石 以 外 の 部 分 はバサバサした 樹 枝 状 結 晶 の 集 まりが 占 めるもの( 口 絵 写 真 7)など 写 真 7ごく 細 い 斜 方 輝 石 の 放 射 状 結 晶 から 成 るコンド リュール( 中 央 右 側 ).つくば 噴 石 11 号. 下 方 ポ ーラーのみ, 画 面 横 幅 =O.8mm. もある. 斜 方 輝 石 からなるコンドリュールもある. 内 部 を 放 射 状 の 斜 方 輝 石 が 占 めるコンドリュールでは,かん らん 石 のコンドリュールに 似 た 太 目 の 結 晶 ができる こともあるが( 写 真 6および 口 絵 写 真 6), 絹 糸 のよう にずっと 細 い 結 晶 の 集 合 である 場 合 ( 写 真 7)もある. 丸 いコンドリュールいっぱいに 柱 状 の 自 形 に 近 い 斜 方 輝 石 の 結 晶 が 詰 まっているものもあるが,よく 見 る とその 隙 間 は 樹 枝 状 の 結 晶 が 埋 めている( 写 真 8). 骸 晶 や 樹 枝 状 結 晶 は, 地 球 上 でのある 種 の 玄 武 岩 でも 見 ることができ,いずれも 噴 出 したマグマが 急 冷 された 証 拠 と 考 えられている.では,コンドリュ ールも 微 惑 星 での 噴 火 活 動 でできたのだろうか?コ ンドリュールの 丸 い 外 形 は, 無 重 力 の 宇 宙 空 間 に 放 写 真 8 斜 方 輝 石 の 自 形 結 晶 が 密 に 詰 まり, 間 を 急 冷 結 晶 が 埋 めるコンド.リュール( 中 央 ). 下 方 ポーラーのみ, 右 が 直 行 ポーラー.ともに 画 面 横 幅 =1.3mm. 1997 年 1 月 号
一 40 一 奥 山 ( 楠 瀬 ) 康 子 富 樫 茂 子 木 多 紀 子 り 出 された 液 滴 の 形 である.しかしコンドリュールの 化 学 組 成 を 調 べてみると,マグマからできたとすれ ば 濃 集 していると 期 待 されるいくつかの 元 素 がそれ ほど 濃 集 しセおらず, 潰 石 の 母 天 体 から 噴 出 したマ グマの 液 滴 とは 考 えられない.コンドリュールは, 太 陽 系 をつくったガスと 塵 の 雲 の 中 ( 原 始 太 陽 系 星 雲 ) で 生 じたメルトなのだろう.コンドリュールの 内 部 に 急 冷 結 晶 ができているということばニコンドリュール になるメルトが 急 に 冷 やされたことを 意 味 している. コンドリュール 内 部 の 組 織 が 写 真 のようなさまざまで あることから, 溶 けた 状 態 からの 冷 却 速 度 は 一 様 で はなかったと 考 えられる.このような 急 冷 組 織 は, 実 験 室 の 装 置 の 中 で,コンドリュールの 化 学 組 成 に 対 応 するメルトを 冷 却 速 度 を 変 えて 固 化 させることで 再 現 できる(ただし, 一 般 的 にはコンドリュールの 冷 却 速 度 は, 地 球 上 の 急 冷 玄 武 岩 などの 冷 却 速 度 よ りずっと 大 きい). 原 始 太 陽 系 星 雲 で 一 度 熔 けたも のがどのように 急 冷 されたのかは,いまのところわ かっていない.いずれにせよ, 現 在 手 にする 隈 石 に は, 冷 却 史 の 異 なるさまざまなコンドリュールがはき よせられているのだ. 11 号 のコンドリュールは,7 号 と 比 べて 内 部 の 組 織 が 良 く 保 存 されている.このことは,11 号 が7 号 よ り 変 成 度 が 低 いことを 意 味 する. 明 石 の 分 類 の 上 か らは,コンドリュールに 冨 む11 号 のマトリックスは 岩 石 学 的 タイプ5に 相 当 すると 考 えられる.11 号 のマ トリックスは, 全 体 にクラストの 部 分 に 比 べてずっと 細 粒 であるが, 粒 状 のかんらん 石 などが 集 まった 完 晶 質 組 織 であり, 一 応 再 結 晶 している.もしも 急 冷 し てできたガラスが 残 っていれば,より 変 成 度 の 低 い タイプ4にランクされたであろう. 角 礫 岩 質 の 明 石 は, 回 収 されたつくば 明 石 の 中 で も 少 量 で, 私 たちが 薄 片 としてみることができたの もこの11 号 の 他 は2 号 だけである.2 号 もここに 記 し た11 号 と 良 く 似 た 組 織 であった( 口 絵 写 真 2). 6 多 源 的 角 礫 岩 " 太 陽 系 の 生 成 の 初 期 には, 太 陽 のまわりを 公 転 す る 惑 星 の もと"( 微 惑 星 )が 互 いに 衝 突 し 合 って, 集 合 離 散 を 繰 り 返 していたと 考 えられる. 一 大 きな 微 惑 星 の 表 層 の 一 部 が 衝 突 のショックで 一 部 粉 々にな れば, 固 まり(クラスト)と 粉 砕 されてできたマトリッ クスがもともと 同 じ 物 質 からなる 角 礫 岩 ができるで あろう. 角 礫 岩 質 のつくば 明 石 でも,クラストとマトリ ックスはともに 鉄 に 富 むHコンドライトで, 化 学 的 に はあまり 違 いがなさそうだ.しかしつくば 明 石 のクラ ストとマトリックスでは 勲 履 歴 が 異 っていることを,そ れぞれの 微 細 組 織 ははっきりと 示 している. 明 らか にクラストの 方 が 変 成 度 が 蔦 く, 長 時 間 高 温 にさらさ れていた 塵 史 を 持 つのだ.それに 比 べていかにも 生 々しい11 号 は, 一 応 再 結 晶 しているが, 全 体 が 粒 状 組 織 に 近 づくほど 組 織 的 再 調 整 が 進 んでいない. 高 温 にさらされたものの, 加 熱 時 間 "はあまり 長 くな かったのかもしれない.つまり, 角 礫 岩 質 の11 号 は クラストに 相 当 する 部 分 が 単 純 に 細 粒 化 されてマト リックスになったのではなく, 再 結 晶 が 進 んでいるも のと 進 んでないものという 二 種 類 (あるいはそれ 以 上 )の 物 質 が 混 合 してできているのだ.このようなも のを, 多 源 的 角 礫 岩 "(polymictbreccia)という. つくば 明 石 のうち 角 礫 岩 質 でない 個 体 の 特 徴 が11 号 のクラストの 部 分 に 似 ていることから, 私 たちは, つくば 明 石 全 体 が 大 きな 角 礫 岩 質 の 明 石 だったと 考 えている. 落 下 明 石 にとって 空 気 との 摩 擦 は 大 変 な ストレ ス"のようで, 国 分 寺 明 石 に 見 るように, 完 晶 質 の 大 型 の 明 石 であっても 最 後 に 四 分 五 裂 することがある. 再 結 晶 が 進 んでいない 弱 い 部 分 を 含 むつくば 明 石 では,なおさらであったろう. 回 収 されたつくば 明 石 は 総 量 8009 程 度 であるが,ダストを 含 む 落 下 噴 石 の 総 量 はその10 倍 以 上 だとしても 不 思 議 ではない. 7 つくば 隅 石 の 衝 案 史 " では,つくば 明 石 はどこでどのようにして 角 礫 岩 化 したのだろうか? クラストは 強 く,またマトリックスも 弱 いながらも 再 結 晶 していることから,この 二 つはともにかなりの 大 きさの 天 体 の 一 部 であったと 考 えられる.つくば 明 石 のクラストでは,かんらん 石 と 輝 石 が 十 分 に 粒 成 長 して 完 晶 質 の 組 織 を 作 っているが,このような 変 化 は 地 球 上 の 変 成 岩 についての 知 識 からは, 少 な くとも700 位 の 高 温 のもとである 程 度 長 い 時 間 経 過 しなければおこらないと 考 えられる.といっても, 地 球 や 月 のような 大 きさは 必 要 ないだろう. 太 陽 系 の 創 成 期 には 短 寿 命 の 放 射 性 元 素 がかなり 大 量 に 地 質 ニュース509 号
つくば 隅 石 のミクロの 世 界 一 41 一 勧 ) 20 〆 あ) 第 1 図 つくば 明 石 の 衝 突 モデル.a) 深 部 ほど 高 温 で 高 変 成 度 の 物 質 から 成 るHコンドライト 相 当 の 小 惑 星 に, 微 惑 星 が 衝 突.b) 衝 突 の 衝 撃 で, 衝 突 した 微 惑 星 と 小 惑 星 表 層 の 低 変 成 度 の 物 質 は 飛 散 し, 掘 り 返 された 深 部 のH6 相 当 の 物 質 とそれより 浅 い 所 にあるH5 相 当 の 物 質 が 混 じりあって, 角 礫 岩 を 作 った. あり, 天 体 を 内 側 から 暖 める 熱 源 "には 事 欠 かなか った.たとえば 半 径 100-200km 程 度 の 大 きさの 天 体 であれば, 内 部 でこの 組 織 的 変 化 をおこすことは 可 能 であっただろう.これに 対 してマトリックスになる 部 分 は,それほど 高 温 になる 必 要 はない.つくば 明 石 のクラストはより 大 きな 微 惑 星 の,マトリックスの 側 はより 小 さなものの 一 部 だったのかもしれない.そ うではなくて,クラストもマトリックスもともにHコンド ライト 相 当 の 一 つの 微 惑 星 に 起 源 を 持 ち,それぞれ その 深 部 と 表 層 近 くを 占 めていたのかもしれない. クラストの 部 分 について,もう 少 し 想 像 を 邊 しくし てみよう. 完 晶 質 の7 号 のコンドリュールは, 全 体 が 再 結 晶 しているだけでなく, 写 真 3のように 破 片 状 で ある.これに 対 して11 号 中 のマトリックスのコンドリ ュールは, 全 般 に 保 存 が 良 い. 地 球 上 の 変 成 作 用 で も, 元 々あった 組 織 構 造 は 案 外 残 ることが 多 い. 破 片 状 のものが 多 い7 号 の 組 織 を 見 ていると, 生 々し い11 号 のようなものが 単 純 に 再 結 晶 して7 号 が 導 か れたとの 考 え 方 に 多 少 抵 枕 を 覚 える( 再 結 晶 作 用 の 過 程 に 化 学 反 応 が 伴 うにせよ). 一 度 どこかで 破 砕 されたものが 改 めて 再 結 晶 したのではないかとも 思 われる.これは,クラストとマトリックスが 破 砕 の 程 度 が 違 う 別 の 微 惑 星 に 由 来 するという 考 え 方 につなが る. 微 惑 星 同 士 の 衝 突 の 結 果 は 一 般 的 には 衝 突 の 相 対 速 度 や 角 度 にもよるが, 衝 突 実 験 の 知 識 からは 同 じような 大 きさのもの 同 士 が 衝 突 すれば 互 いにバラ バラになると 考 えられている.これでは, 衝 突 後 に 一 度 固 まって つくば 明 石 "のもとを 作 ってもらうのに は 都 合 が 悪 い.つまり,マトリックスとクラストがHコ ンドライト 相 当 の 別 の 微 惑 星 に 起 源 するとはあまり 考 えられない. H6の 破 片 が 大 き 目 の 微 惑 星 に 衝 突 して,その 表 層 付 近 の 物 質 と 混 じりあったのが,つくば 明 石 のク ラストとマトリックスなのだろうか?まったく 考 えら れないわけではないが, 同 じような 衝 突 を 数 多 く 経 験 している 月 についての 知 識 からは,これも 怪 しげ であるらしい. 月 の 石 の 中 には 多 源 的 角 礫 岩 が 結 構 あるが,その 中 から 明 石 のような 物 質 はほとんど 見 出 されていない.つまり, 大 きな 天 体 に 小 さなカゲラ がぶつかると,カゲラは 残 らず, 大 きな 天 体 側 の 異 なる 深 度 にあった 物 が 掘 り 返 され, 混 じりあって 多 源 的 角 礫 岩 を 作 るらしいのだ. このように, 多 くの 明 石 や 月 の 石 の 研 究 からこれ までに 得 られた 知 識 からは,クラストとマトリックスが 別 の 天 体 に 起 源 するという 考 え 方 は 支 持 されないよ うだ. 大 規 模 な 衝 突 により 小 惑 星 がやや 深 いところ まで 掘 り 起 こされ, 深 部 にあった 高 温 で 変 成 の 進 ん 1997 年 1 月 号
一 42 一 奥 山 ( 楠 瀬 ) 康 子 富 樫 茂 子 木 多 紀 子 だ 物 質 と, 比 較 的 浅 い 所 にあったより 低 温 の 物 質 が いっしょに 掘 り 返 され, 再 び 固 まったのが,つくば 明 石 の 起 源 についてのもっともらしいモデルである( 第 1 図 ).クラストの 方 がより 破 砕 された 物 質 であるらし いことに 対 しては, 微 惑 星 の 中 には 破 砕 "の 程 度 に も 深 度 に 応 じた 勾 配 があり( 深 いところの 物 質 ほど 微 惑 星 形 成 の 初 期 段 階 で 集 積 したものであり, 激 し い 衝 突 で 著 しく 破 砕 された), 変 成 度 の 高 い 物 ほど 破 片 状 の 物 質 が 多 くても 差 し 交 差 ないと 考 える 人 も いる.クラストのような 変 成 度 の 高 い 部 分 は, 高 温 の 影 響 で 昔 の 記 憶 "を 失 っていることが 多 いが, 今 後 の 研 究 でその 起 源 に 結 びつく 情 報 が 得 られることを 期 待 したい. 富 樫 ほか( 六 号 )で 述 べるように, 角 礫 岩 の 構 造 を 作 った 衝 突 は 遅 くとも 約 40 億 年 前 までに 起 こってい たらしい.この 年 代 は, 他 の 角 礫 岩 質 のコンドライト の 年 代 と 比 べてもあまりおかしなものではない. 微 惑 星 での 角 礫 岩 化 は, 太 陽 系 の 歴 史 の 比 較 的 早 い 時 期 のことであるようだ. 一 方, 宇 宙 線 の 照 射 によ って 生 成 した 核 種 の 測 定 からは, 今 から 約 1,900 万 年 前 につくば 明 石 のもとはメートルサイズになってい たことがわかっている. 角 礫 岩 となった 後 に, 希 ガ スの 保 存 状 態 をあまりかえることなくだんだんと 小 さ くなっていくプロセスがあったのであろうが, 残 念 な がら 具 体 的 なことは 今 のところわかっていない. 8.あとがき ここでは,つくば 隈 石 の 薄 片 による 岩 石 学 的 な 情 報 から,その 生 い 立 ちに 迫 ってみた. 鉱 物 の 化 学 組 成 など, 微 小 分 析 によるデータが 加 わることで,より 正 しい 生 い 立 ちの 記 "を 書 くことができるのは, 言 うまでもない. 角 礫 岩 質 のつくば 明 石 は, 極 端 にい えば 調 べる 部 分 ごとに 細 かな 様 相 が 違 う 可 能 性 も ある. 多 様 な 情 報 をより 多 く 得 るための 努 力 は, 今 後 もさらに 続 けなければいけない. 貴 重 な 明 石 試 料 を 薄 片 作 1 成 のために 快 く 提 供 してくださった 発 見 者 の 皆 さんに,ここで 改 めて 感 謝 するとともに, 今 後 も ご 協 力 いただけるよう 重 ねてお 願 いいたしたい. あわせて 読 者 の 皆 さんには, 隈 石 のような 特 殊 な 固 体 試 料 の 研 究 が, 専 門 の 技 術 者 集 団 に 支 えられ ていることを 知 っていただければ 幸 いである. 地 球 や 惑 星 の 物 質 科 学 の 研 究 には,こういった 人 々の 存 在 が 欠 かせない.つくば 明 石 について 比 較 的 早 くか ら 微 細 卒 組 織 についての 情 報 を 集 め, 公 表 すること ができたのは, 回 収 の 窓 口 となった 地 質 調 査 所 に 試 料 調 整 課 という 技 術 者 集 団 があったことが 非 常 に 大 きい. 同 課 の 佐 藤 芳 治 課 長 ほか 課 員 の 皆 さんに,い ろいろ 無 理 を 聞 いていただいたことを 改 めて 感 謝 し たい. 謝 辞 : 隈 石 の 岩 石 学 的 な 特 徴 については, 岡 田 昭 彦 氏 ( 理 化 学 研 究 所 )と 小 島 秀 康 氏 ( 極 地 研 )から 多 くの 有 益 な 助 言 をいただきました.また, 投 稿 原 稿 は 平 野 英 雄 氏 ( 地 質 調 査 所 )に 目 を 通 していただき ました. 以 上 の 方 々に 厚 く 御 礼 申 し 上 げます. 引 用 文 献 呈 艦 秋 奥 山 ( 楠 瀬 ) 康 子 佐 藤 芳 治 當 樫 茂 子 木 多 紀 子 佐 藤 岱 生 (1996):つくば 蹟 石. 地 質 ニュース,no.499,iii-iv( 口 絵 ). 石 渡 明 (1995): 根 上 明 石. 地 質 ニュース,no,492( 表 紙 ). 奥 山 ( 楠 瀬 ) 康 子 木 多 紀 子 大 和 田 朗 (1996):つくば 隈 石 の 顕 微 鏡 写 真. 地 質 ニュース,no.499( 表 紙 ). 奥 山 ( 楠 瀬 ) 康 子 豊 蓬 秋 富 樫 茂 子 木 多 紀 子 佐 藤 岱 生 米 田 成 一 島 正 子 岡 田 昭 彦 矢 吹 貞 代 村 山 定 男 (1996): つくば 噴 石 の 組 織 的 特 徴. 地 調 月 報.vo1.47,245-254. 富 樫 茂 子 奥 山 ( 楠 瀬 ) 康 子 豊 遊 秋 木 多 紀 子 (1997):W 泓 nted!つくば 明 石 一 太 陽 系 惑 星 地 夢 の 誕 生 の 秘 密 を 解 く 鍵. 地 質 ニュース,m,509,7-15. 佋 啙 䅍 䄭 䭕 獕 丰 獅 奡 獵 歯 ⱔぇ 䅳 䡉 卨 楧 敫 潡 湤 䭉 呁 乯 物 歯 㤹 㜩 㩔 獵 歵 扡 浥 瑥 潲 楴 敵 湤 敲 瑨 攀 浩 捲 潳 捯 灥 < 受 付 :1996 年 10 月 21 日 > 地 質 ニュース509 号