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）の一種であり、苦鉄質マグマが分化してシリカに富む組成へと進化する過程を示す化学的なグループです。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、流紋岩などが含まれます。

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となっています。

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： 中央海嶺で生成され、海洋地殻の大部分を構成している。
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。
酸化状態： 結晶化する際の環境が還元的な状態にある。
月面との関係： 月で見つかるほぼすべての玄武岩がソレアイト玄武岩である。
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

ソレアイト系列と対比されるのがカルクアルカリ系列です。両者を分ける決定的な要因は、マグマが結晶化する際の酸化還元状態（レドックス状態）にあります。ソレアイトマグマは還元的な環境で形成されるため、冷却過程で鉄の挙動が特異的に現れます。

マグマが冷却される際、まずマグネシウムに富むカンラン石や輝石が優先的に結晶化します。ソレアイトマグマでは、鉄に乏しい結晶が先に取り除かれるため、残った液体（メルト）中の鉄濃度が上昇するという特徴があります。一方、酸化的な環境にあるカルクアルカリマグマでは、磁鉄鉱（マグネタイト）が大量に析出するため、鉄濃度は比較的安定したまま推移します。

この組成変化は、アルカリ（A）、鉄（F）、マグネシウム（M）の比率を示す「AFM図」で明確に視覚化できます。ソレアイト系列では、まずマグネシウムが急激に減少してF方向へ移動し、その後アルカリの角へと向かいます。対してカルクアルカリ系列は、鉄とマグネシウムの比率が一定に保たれるため、ほぼ直線的にアルカリ側へ移動します。

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

組成による識別点

特に苦鉄質な端成分（玄武岩など）においては、アルミニウム含有量で区別が可能です。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は16%〜20%と高くなる傾向があります。ただし、進化が進んだ珪長質（フェルシック）な岩石になると両者の区別は困難になり、一般的に花崗岩などはカルクアルカリ系列に分類されます。

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が存在することもあり、カンラン石の周囲をこれらのカルシウムに乏しい輝石が縁取る構造が見られることがあります。

地質学的組織としては、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。なお、フェルスポイド（長石様鉱物）は含まれません。

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普遍的な火成岩です。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、圧力低下に伴う減圧溶融によって部分溶融することで生成されます。

特に中央海嶺で生成されるソレアイト玄武岩はMORB（Mid-Ocean Ridge Basalt）と呼ばれ、海洋地殻の主成分となっています。このプロセスにおいて、海洋地殻内での分化作用がマグマを還元的に導き、ソレアイト的な組成トレンドを作り出します。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玄武岩に分類されます。

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	分化に伴い増加する	磁鉄鉱の析出により安定
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	島弧などの火山弧

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、マグマが結晶化する際の酸化状態と、それに伴う鉄の挙動です。ソレアイト系列は還元的な環境で形成され、分化の過程で鉄が濃集しますが、カルクアルカリ系列は酸化的な環境で磁鉄鉱が析出するため、鉄濃度が安定します。

MORBとは何のことですか？

MORBは「Mid-Ocean Ridge Basalt」の略称で、中央海嶺で生成されるソレアイト玄武岩のことを指します。これは地球上の海洋地殻の大部分を構成する非常に一般的な岩石です。

なぜ月の玄武岩はすべてソレアイト系列なのですか？

月は地球に比べて極めて還元的な（酸素が少ない）環境にあるため、マグマの分化プロセスが必然的にソレアイト系列の特性を持つことになるからです。

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）が急激に減少して鉄（F）側へ向かい、その後アルカリ（A）の角へと移動する曲線的な経路を辿ります。

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？

ソレアイト玄武岩から始まり、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、そしてよりシリカに富むデイサイトや流紋岩まで、幅広い組成の岩石が含まれます。