ソレアイト系列マグマの化学的特性と地質学的役割

地球の地殻を構成する火成岩の中でも、ソレアイト系列（Tholeiitic magma series）は極めて重要な役割を果たしています。これは亜アルカリ岩（ナトリウム含有量が比較的少ない岩石）に分類されるマグマの一種であり、玄武岩から始まり、分化が進むにつれてシリカに富む流体へと進化する一連の化学的組成の変化を指します。

この系列には、ソレアイト玄武岩をはじめ、フェロ玄武岩、ソレアイト玄武岩安山岩、ソレアイト安山岩、デイサイト、そして流紋岩まで、多様な岩石が含まれます。かつてはこれらの玄武岩を総称して「ソレアイト」と呼んでいましたが、現在は国際地質科学連合（IUGS）の推奨に基づき、「ソレアイト玄武岩」という呼称が一般的です。

TAS diagram showing chemical composition range of sub-alkaline volcanic rocks including tholeiitic rocks (yellow area) and alkaline volcanic rocks (blue area)

Key Facts

主要な分布： 海洋地殻の大部分を構成し、中央海嶺玄武岩（MORB）として知られる。
化学的特徴： カルクアルカリ系列に比べ、鉄に富み、マグネシウムとアルミニウムが少ない。
形成環境： 酸化状態が低い（還元的な）環境で結晶化する。
天体での存在： 月面で発見される玄武岩のほぼすべてがこの系列に属する。
名称の由来： ドイツのザールラント州トーレイ（Tholey）近郊の地域に由来する。

地球化学的な分類と分化プロセス

ソレアイト系列を理解する鍵は、マグマが冷却・結晶化する際の「酸化還元状態」にあります。ソレアイトマグマは還元的な環境にあるため、結晶化の過程でマグネシウムに富むカンラン石や輝石が優先的に取り除かれます。その結果、残った液体（メルト）の中では相対的に鉄の濃度が上昇するという特徴的な挙動を示します。

対照的に、カルクアルカリ系列のマグマは酸化状態にあるため、磁鉄鉱（マグネタイト）が早期に大量に析出し、鉄の濃度が安定して推移します。この挙動の差は、アルカリ（A）、鉄（F）、マグネシウム（M）の比率を示すAFM図によって明確に視覚化されます。

AFM図において、ソレアイトマグマはまずマグネシウムを急激に失い、その後鉄を失いながらアルカリの頂点へと向かいます。一方、カルクアルカリ系列は鉄とマグネシウムの比率をほぼ一定に保ったまま直線的にアルカリ側へ移動します。なお、分化の最終段階である流紋岩などの珪長質岩になると、両系列の区別は困難になります。

AFM diagram showing the difference between tholeiitic and calc-alkaline magma series

化学組成の比較

特に玄武岩レベルでの違いとして、アルミニウム含有量が挙げられます。ソレアイト玄武岩のAl2O3含有量は12%〜16%であるのに対し、カルクアルカリ玄武岩では16%〜20%と高くなる傾向があります。

岩石学的特徴（ペトログラフィー）

ソレアイト玄武岩の主成分鉱物は、カンラン石、単斜輝石、斜長石であり、少量の鉄チタン酸化物が含まれます。また、斜方輝石やピジョンナイトといったカルシウムに乏しい輝石が見られることもあり、これらがカンラン石の縁を囲む構造（リム）を形成することがあります。

組織面では、微細なガラス質の石基を持つことが多く、石基の中にはトリディマイトや石英が含まれる場合があります。一方で、フェルシパトイド（長石様鉱物）は含まれないのが特徴です。

Photomicrograph of thin section of tholeiitic basalt (in plane polarized light)

Photomicrograph of thin section of tholeiitic basalt (in cross polarized light)

地質学的背景と生成メカニズム

ソレアイト岩は地球の地殻で最も一般的な火成岩です。その多くは、地球のマントルにあるレルゾライト（カンラン石、エンスタタイト、ディオプサイドからなる岩石）が、圧力の低下に伴って部分溶融することで生成されます。このプロセスを経て中央海嶺で噴出したものがMORB（Mid-Ocean Ridge Basalt）であり、海洋地殻の主成分となっています。

このような還元的な環境での分化作用が、ソレアイト特有の化学的トレンドを生み出します。また、月は極めて還元的な環境であるため、月面の玄武岩はすべてソレアイト系列に属しています。なお、アルカリ玄武岩は中央海嶺ではなく、主に海洋島や大陸で噴出します。

ソレアイト系列とカルクアルカリ系列の比較
特徴	ソレアイト系列	カルクアルカリ系列
酸化状態	還元的な環境	酸化的な環境
鉄（Fe）の挙動	分化初期に濃度が上昇する	磁鉄鉱の析出により安定する
Al2O3含有量（玄武岩）	12% 〜 16%	16% 〜 20%
主な分布	中央海嶺（海洋地殻）、月面	主に島弧や大陸弧

Frequently Asked Questions

ソレアイト玄武岩とカルクアルカリ玄武岩の最大の違いは何ですか？

最も大きな違いはマグマの酸化還元状態です。ソレアイトは還元的な環境で形成されるため、分化の過程で鉄が濃集しますが、カルクアルカリは酸化的な環境であるため、磁鉄鉱として鉄が取り除かれ、鉄濃度が安定します。

MORBとは何のことですか？

Mid-Ocean Ridge Basaltの略称で、「中央海嶺玄武岩」を指します。海洋底の中央海嶺で生成されるソレアイト系列の玄武岩であり、地球の海洋地殻の大部分を構成しています。

AFM図でソレアイト系列はどう表現されますか？

AFM図（アルカリ・鉄・マグネシウムの三角図）において、ソレアイト系列はまずマグネシウム（M）の頂点から遠ざかり、鉄（F）の方向へ向かった後、最終的にアルカリ（A）の頂点へと移動する曲線的な経路を辿ります。

月面の岩石にソレアイトが多いのはなぜですか？

月は地球よりも極めて還元的な（酸素が少ない）環境であるため、マグマの分化プロセスがソレアイト系列の特性を強く示すことになり、結果としてほぼすべての玄武岩がソレアイトとなったと考えられています。

ソレアイト系列に含まれる岩石にはどのようなものがありますか？

玄武岩（ソレアイト玄武岩、フェロ玄武岩）から始まり、玄武岩安山岩、安山岩、デイサイト、そして最も分化した流紋岩までが含まれます。