岩石類の風化特性 山地防災研究所 北澤秋司 岩石の風化過程 Weathering of granitic rocks Hornfels Pumice の混入 した Roam Soil Soil and roam Roam Soil Roam Fresh Pumice hard roam Weathered pumice 硬い花崗岩は， まったく孔隙を 持たない 露出した花崗岩の表面出の風化 が開始するのは， まったく緩慢 である ･ weathering 深層風化 deep weathering 温暖地方 2~3 feet 熱帯地方 10~100 極寒地方 50~100 15~150 非常に浅い 風化前線 ･ 漸移 ・ 地形と深層風化 凹地形 ＤＣ Ｄ Ｃ Ｂ Ａ Ｂ Ａ ･ 凸地形 weatherinng zone Wilhelmy(1958) 1. 赤色ローム又は黄色ローム 2. 原位置における風化花崗岩 3. 丸い核岩をもつ変質花崗岩 4. 角ばって相互にかみ合った状態の あまり風化していない塊 風化の程度 Ollier(1965) 1. 新鮮な岩石はハンマーを跳ね返す 2. ハンマーで容易に砕ける 3. 岩石は一蹴りで ( 長靴 ) 砕くこと ができるか ,手では無理 4. 岩石が手でばらばらに砕けるか , 水では分解しない 5. 水浸状態で崩れる軟岩 岩石の風化 Weathering of rocks disintegration Rocks Decomposition Rock Gravel Sand clay(Clay minerals) 1.Phisical weathering 物理的 ( 機械的 ) 風化 2.Chemical weathering 化学的風化 3.Biological weathering 生物的風化 1）Phisical weathering 粒子 細粒化し数が増加 Internal area 粗砂 Ｃ oarse sand 2.0~0.2 ・ g/ ・ 44.6 細砂 Fine sand 445.8 0.2~0.02 微砂 Silt 4,458.0 0.02~0.002 粘土 Clay 2,990,000.0 0.002~0.0001 膠質粘土 Colloid clay 0.0001~0.00000 9,890,000.0 1. 温熱の作用 岩石の熱伝導度 結晶軸方向の膨張収縮差 Joint Onion structure Loess(0.05~0.002 ・) に淘汰 ,主要鉱物は Quartz 2. 大気の作用 wind abrasion Wind erosion 風食 pillar 茸岩 Loess(0.05~0.002 ・ ) に淘汰 主要鉱物は Quartz Sand dune 最大粒径 0.02 ・ 水平的に等大 ( 回転摩耗し陸成は丸い ○○○○○○○○○○ 3. 水の作用 1）雨の作用 Rain washing 雨食 Sheet washing 層状雨 Gully washing 渓谷雨 Soil erosion 土壌侵食 2) 河流の作用 流水の運搬力 T=V 5 流水での砂粒の限界 0.1 ・微粒子でも稜角 を持っている Alluvium 沖積層 :河川によってできた 岩屑層は ,ある場所では良く淘汰されて はいるが全般に粒度範囲が広い 水に浸されている土壌 風化現象 氾濫源 河岸段丘上の沖積層 :排水され 酸化される 流動 風化生成物が溶液中 地下水 風化が急速 に運びさられる 停滞 沖積層は塁層を成し ,連続した地層は異なった構 造と鉱物組成を有する 3）氷河の作用 Glacial epoch 氷河期 Glacial period 氷河時代 Valley glacier 谷氷河 Continenntal glacier 大陸氷河 Ice erosion 氷河作用 Moraine 氷堆石 氷の厚さ：温度・傾斜・礫の 数・速度 浸食力の差 Till:漂レキ土 ほとんど淘汰されていない 広い粒度範囲 通常大量の粘土を含む アメリカ ( ネバネバしたもの :gumbotil) Great interglacial 大間氷期 :厚い gumbotil 4）湖海の波浪 寄せ波 引き波 砂粒 ○ ○ ○○ ○○○ 大 ○○○○ ○○○○ ○○○○ ○ ○ ○ ○○○ 小 2.Chemical weathering 雨水 :酸を含む 水のイオンの作用 Space-latice ( 結晶の空間格子 ) 疎解破壊 Feldspar Mica Amphibole Pykoxene 粉砕 不安定 安定 Cl Na 岩塩 Cl Cl Na Na Cl ・ Hydration 水和作用 容積 増加 無水物 含水物 質 柔軟 ( 例 ) 金属酸化が多い Fe 2 O 3 Hematite 赤鉄鉱 2Fe 2 O 3 ･ 3H 2 O Limonite 褐鉄鉱 Ca S O Ca S O 4 ･ 2H 2 O 4 Anhydrite 硬石膏 角 Gypsum K 陵 H + Ca + Na 鉱物破片 細片化 石膏 O H + 角陵増加 水和作用点増加 ・ Oxydation 酸化作用 Reduction 還元 大気の組成 N2:78% Fe 2価 酸化第一鉄 O2:21% その他 :1% 熱 酸化 4FeO+O 2 3価 酸化第二鉄 2Fe 2 O 3 水酸化第二鉄 水酸化第一鉄 2Fe(OH) 4FeCO 2 3 +H +6H 2 O+O 2 O+O 2Fe(OH) 2 3 2 4Fe(OH) 3 +4CO Olivine 2Fe 2 SiO 4 +6H 2 O+O 2 4Fe(OH) 3 +2SiO 2 (Fe 2 O 2 ･ nH 2 O) 2 Pyrite 2FeS 2 +7O 4FeSO 2FeSO +2H O 2 2 2FeSo 4 +2H +O +2H O 4 2 2 4Fe(OH) SO +H S O +O 4 2 4 2 Fe 2 (So 4 )3 +H SO 2 4 O 2 4 Limestone CaCO +H 3 SO 2 CaSIO Gypsum Ca 3 (PO 4 )+2H 4 +H 4 SO 2 O+CO 2 2 4 第三りん酸石灰 2CaSO +Ca(H 4 P O ) 2 4 2 第一りん酸石灰 3）Carbonatization 炭酸塩化作用 CO 炭酸ガス 0.03% 2 土壌中 0.30~1.00% 深くなるほど増加 CO 水に溶解 2 遊離 作用 等容の水に溶解 14℃ 増加 強力 温度 上昇 H2CO3 - + -- H+HCO3 H2CO3 CO + 2H+CO2 +H 2 O 2 H 2 CO 3 Ca 石灰 Mg 苦土 Fe 鉄 Na 曹達 炭酸水に溶解する アルカリ塩 岩石の成分 作用 Orthoclase K 2 Al 2 Si6 O 16 +2H 2 O+CO 2 炭酸水 (2KAlSi3 O 8 ) H 4 Al 2 Si2 O 9 +4SiO 2 +K 2 CO 3 陶土 炭酸加里 鍾乳洞 Limestone cave 石筍 Stalagmite 鍾乳石 Stalactite 石灰石柱 Limestone column CaCO 3 +CO 2 +H 2 O 重炭酸石灰 Ca(HCO MgCO 3 +CO 2 +H 2 ) 3 2 O Mg(HCO ) 3 2 鍾乳石 FeCO 3 +CO Fe(OH) 2 2 +H +2CO 2 2 O Fe(HCO ) 3 2 + Fe(HCO 2Fe(HCO 3 )+O 2 +H 2 ) 3 2 O 2Fe(OH) 3 +4CO 2 水酸化第二鉄 有機物含量の多い水湿地 :ゲル 4）Hydrolysis 加水分解 + H+OH H 2O NaCO 3 アルカリ性 CuSO 4 酸性 3.Biological weathering 呼吸作用 細菌 CO 2 日本の地質構造 糸魚川ー静岡構造線 中央構造線 酒田 東北日本 棚倉構造線 内帯 那珂湊 西南日本 外帯 領家花崗岩類 柏崎－銚子線 フォッサ・マグナ 日本の地質別面積 第三紀 火山岩 6.0％ 第四系 10.5％ 第三系 21.1％ 白亜系6.9％ 先第四紀 火山岩6.9％ 花崗岩8.2％ 第四紀 火山岩 7.7％ 二畳系12.7％ 完新統 1９.９％ 岩石表面の亀裂 約10倍 花崗岩の 偏光顕微鏡写真 （％） 領家花崗岩類の比重と色指数 30 色 ③ ① 22 ⑩ ⑨ ④ 23 ⑤ ⑯ ⑳ ⑰ 21 ⑭ 25 ⑲ ⑮ ⑬ ⑧ ⑱ ⑪ ⑫ 指 20 数 10 24 （Cx） ⑥ ② n=25 r=0.772 Cx=93.11ρ-236.16 ⑦ 0 2.6 2.7 比 重 2.8 （ρ） 花崗岩の風化分帯 Ａ Ｂ 風化分帯 Ｃ Ｄ 領家花崗岩類の相互関係（領家研究グループ1972） 三河ー東濃 新 期 花 崗 岩 類 恵那山ー天竜峡 小渋川ー高遠 上松花崗岩 苗木花崗岩 落合花崗岩=高遠花崗岩=木曽駒花崗岩 武節花崗岩＝門島花崗岩 伊奈川花崗岩 小原花崗岩 清内路花崗岩＝市田花崗岩 伊奈川花崗岩 摺古木花崗岩 濃飛流紋岩 濃飛流紋岩 三橋花崗岩 古 期 花 崗 岩 類 木曽山地 生田花崗岩 清崎花崗岩 新城石英閃緑岩 勝間石英閃緑岩 天竜峡花崗岩=南向花崗岩 神原石英閃緑岩 非持石英閃緑岩 古期岩類 新期花崗岩類 01 神 原 1 粗粒 02 非 持 1 中粒 03 天竜峡Ⅰ 2 粗粒 04 天竜峡Ⅱ 2 粗粒 05 南 向 2 粗粒 06 勝 間 3 粗粒 07 滝 沢 3 粗粒 08 生 田 4 粗粒 09 日曽利 4 中粒 10 落 合 4 粗粒 11 赤 木 4 細粒 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 伊奈川 清内路 市 田 武 節 門 島 太田切Ⅰ 太田切Ⅱ 摺古木 高 遠Ⅰ 高 遠Ⅱ 木曽駒Ⅰ 木曽駒Ⅱ 上 松 北 葛 5 6 6 7 7 7 7 7 8 8 8 8 9 9 粗粒 中粒 中粒 中粒 細粒 細粒 細粒 細粒 中粒 中粒 中粒 中粒 粗粒 粗粒 2）屋外放置試験 （自然の条件） 平型試験片 平型試験片の研磨 水中に放置 空中に放置 （木曽駒ヶ岳標 高 2,750m) 3）岩石の力学試験 一軸圧縮試験及びひ ずみ試験 圧裂引張試験 一軸圧縮強度測定後 水中重量の測定 圧裂引張強度測定後 木曽駒ヶ岳2750ｍ地点の気温 ℃ 25.0 （1994年6月8日〜1995年10月17日） 20.0 15.0 10.0 気 5.0 温 0.0 -5.0 -10.0 -15.0 -20.0 -25.0 6／8 7／7 8／6 9／5 10／5 11／512／41／3 2／2 3／4 4／3 5／5 6／2 7／2 8／1 8／31 9／30 1994 1995 木曽駒ヶ岳2750ｍ地点 に設置してある岩石試験 片の表面温度 温 ℃ 50.0 40.0 30.0 20.0 度 10.0 （1994年7月8日〜1995年 0.0 -10.0 10月21日） -20.0 7／7 8／6 9／5 10／5 11／5 12／4 1／3 2／2 3／4 4／3 5／5 6／2 1994 1995 7／2 8／1 8／31 9／30 10／28 ×102 ㎏f／㎠ 13 12 ㎏f／㎠ 2.0 1.5 1.0 0.5 -5 -10 -15 氷の温度と圧力曲線 -20 ●：Ｂ帯 ①▲ ⑤ ▲⑥ ④ ▲ ▲ ●⑭ 11 2.5 ▲：Ａ帯 ⑭ ▲ 一 10 軸 9 圧 縮 8 強 度 7 6 ◆：Ｃ帯 ③ ▲ ⑥ ④ ●● ⑪ ⑦▲ ⑤ ▲ ⑦● ⑪● ● ⑭ ◆ ⑦ ◆ ① ③● ● ④ 5 ⑤ ⑪ ◆ ③◆ 4 0 0 1 2 ◆ ◆ ⑥ ◆ ① ◆ 3 有効間隙率 4 ×10 ー2 ●12 10 9 8 7 風 化 係 数 6 5 ●22，23 ●19 ●15，16 ●1，2 ●13，14 4 3 ●20 ●6 ●3，5 ●10 ●7 2 1 ●9 ●17，18 0 細 中 粗 （造岩鉱物の粒度） グラフ内数字は岩石番号 風化速度 A p B 有 効 間 隙 率 C 時間 t 風化分帯と崩壊型 風化分帯 崩壊型 浸透水型 渓岸浸食型 破砕帯型 地表浸食型 Ａ帯 Ｂ帯 Ｃ帯 Ｄ帯
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