日本地質学会第１１４年学術大会発表資料 The importance of “Rock-weathering” in science education － 物質循環とのかかわり － 北海道立理科教育センター 地学研究室 岡本 研 風化作用とは 地表（付近）で大気，地表水などの関与の下で 岩石が破砕され，変質して安定な状態になろう とする作用 化学的風化・物理的風 化・生物的風化 岩 石 物理的風化作用 互いに影響 砕屑物の生成 化学的風化作用 カオリナイト，イライト， ギブサイト，蛇紋石，パ イロフィライト，滑石，ス メクタイト，バーミキュラ イト，雲母，緑泥石など 岩石の破壊 浸食・運搬・堆積 イオンの溶脱・水との結合 粘土鉱物の生成 ＣＯ２の 取り込 み 土壌、陸水、海洋 栄養塩等の供給 ○海水中のイオンは，岩石 から供給 ○生物の生存に欠かせない 元素は岩石から供給 表１ 海水中の主な含有元素濃度（理科年表環境編より） 溶存元素 (イオン) Na K Ca Mg Cl 溶存濃度 (mg/l) 10800 390 410 1300 19400 SO4 SiO2 8980 2.5 Fe 0.00006 表２ 陸地を構成する代表的火成岩の化学組成（理科年表より） 化学組成 ＦeＯ SiO2 Ａl2Ｏ3 Ｆe2Ｏ3 MgO CaO Na2O K2O 安 山 岩 59.2 17.1 7.1 3.7 7.1 3.2 1.3 花 崗 岩 72.2 14.6 2.4 1.0 1.7 2.9 4.5 Ｏ２ 〔呼吸・光合成〕 大気 Ｏ ２ 〔風化〕 ＣＯ２ 〔緩衝〕 ＣＯ２ 〔溶解・沈殿〕 栄養塩類 〔風化〕 陸水 岩石 Ｈ２Ｏ, ＣＯ２ 〔風化〕 ＣＯ２ 〔呼吸・光合成〕 栄養塩類 海洋 生物 ＣＯ２ 〔緩衝〕 栄養塩類 〔風化〕 非生物的環境と生物的環境の橋渡し 栄養塩類 有機物 土壌 地質学以外の分野と密接に関連 地質学，岩石学，鉱物学， 土質工学，土壌学，海洋 学，化学，生物学，地形 学，農学，環境工学等 自然災害・防災教育にも発展 様々な環境要素と関係するグローバルな自然現象 現行学習指導要領 小学校では扱われ ていない 中学校 ○教科書に風化作用についての簡単な記述（岩石の崩壊） ○学習指導要領の解説の一部に，一カ所のみ「風化」の言葉 →物質の流れがとらえやすい例として「風化作用を取り上げることが望ましい」と記述 「自然と人間」の単元中の，自然環境の調査の例としてあげられたものであり、体系 的なものではない」 現行学習指導要領 物質循環の観点 がない 高等学校（地学Ⅰ・理科総合Ｂ） ○「岩石がもろくなり，侵食・運搬によって地形が変化する」 ○「生物活動を支える場としての土壌の形成」 ○風化作用が生態系に物質を供給し，地球環境と深く関わりを持つグローバルな 自然現象であるという位置づけがなされていない。 ○地形の変化や地層の形成といった観点が主体となっており，風化作用が果たす 「物質（イオン）の供給や循環」「生態系の維持」という概念が欠けている。 ○生態系を支えているのは有機物の合成や窒素・炭素・水等の循環だけではなく， 無機物の供給や循環も同様に重要な要素である。 ○生物の存在に欠かせない物質の海洋・大気・土壌等への供給と循環 ○生物活動は風化作用を促進して両者の相互作用によって生物的環境が保持 ○非生物的（無機的）環境と生物的（有機的）環境を結ぶ橋渡し的役割 ○大気中のＣＯ２のレベルコントロールにも関係 ○地球環境や生態系に関して極めて重要な役割を担っているグローバルな 自然現象 風化作用は地球環境 の陰の主役 ○風化の地球環境へ果たす役割は重要であり，教育現場でも体系的 に取り上げられるべき題材 ○現在改訂が進められている新学習指導要領においては，より大き く取り扱われるべき 岩石の風化作用が地球環境や生態系に与える影響について，実感を持っ て理解を深めるために ○野外で風化を観察 ○現象の再現を試みる実験 ○新鮮な岩石と風化した岩石との比較観察 →岩石の時間経過による変化を知る（時間的概念を学習） ○風化作用がどのような原因で起きているのかを考察 ○風化という現象の実態を理解 ○生態系や地球環境に与える影響などについて考察 ○原因を考察することで，科学的思考力を身につける 科学的思考力 が育つ！ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 崩壊地形，地層や岩石の色， 植物の生育状態，水の存在， 節理，断層など 露頭の風化の様子（進行度）を観察 花崗岩の加熱・急冷による岩石破壊実験（物理的風化） 乾燥させた泥の吸水膨張（膨潤）によるオニオンクラック生成実験 石灰岩の酸との反応による炭酸塩鉱物の溶解実験 酸素の溶存した水と，無酸素に近い状態の水の中での鉄粉の 酸化の比較観察 風化によって変化した鉱物，変化 風化した岩石と新鮮な岩石の比較観察 しなかった鉱物の種類を調べる 風化岩の内部の観察 風化岩の残存造岩鉱物の観察 メチレンブルー水溶液を用いて粘土鉱物の生成を調べる。 様々な風化段階の花崗岩を比較観察 土壌に含まれる鉱物を観察し，風化岩の残存鉱物との比較観察 岩石の風化殻の還元実験 土や泥についても 同様の実験を行っ 風化によって溶脱する元 てみる 素を調べる ■崖の崩壊の様子を観察 ○どこで風化・崩壊が起き ている？ ○崩壊地形，地層や岩石 の色，植物の生育状態， 水の存在，節理，断層 風化して赤褐色に なった安山岩 砕いて水に入れると こんな色になる 大雨の後の泥水 の色 泥水の色は風化した岩石の 色と同じだ。 鉄サビの色にも似ている？ ■風化岩の還元実験 風化岩の粉末をお 湯に入れたもの 風化岩の色は酸化鉄に よるものだとわかる 風化岩とハイドロ サルファイトＮａを お湯に入れたもの ■風化岩の残存鉱物の観察 わんがけで鉱物 を観察 ■メチレンブルーで粘土鉱物の生成を調べる 風化で生じた粘土鉱物を 調べることができる ◆岩石の風化作用は地球環境にとって重要な役割 ◆物質循環や生態系の保持という大きな視点 ◆比較観察によって，“変化”を考察できる ◆地質学的な長い時間経過を実感 新学習指導要領では体系的に取り 上げるべきである（中学・高校）
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