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地層は一般的に、水中のほぼ[[水平]]な面の上に、一定の厚さで溜まっていく。比較的均質な構成物からなる1枚の地層を'''単層'''と呼び、単層と単層の間の境界面を'''層理面'''という。普通、地層は地面の中に隠れており見ることはできないが、火山性地震や断層がずれることなどによる隆起で地面の断面が見えるようなところでは、地層が観察できる。これを'''[[露頭]]'''という。典型的な露頭は、[[崖]]や、道路脇の地面が削り取られたところ、[[採石場]]、川岸の[[土手]]などで、粒径や構成物が異なった層からなる[[平行]]な帯のひとつとして観察することができる。[[グランド・キャニオン|グランドキャニオン]]のような大[[渓谷]]では、数億年に渡る期間の地層が観察できることもある。それぞれの単層の厚さは、1 mmにも満たない単層から、1 kmを越える単層まで様々である。
 
それぞれの地層から、その層が堆積した[[環境]]を推定できる。水成堆積物では[[河口]]に近い位置で堆積したものほど粒度が荒い[[砂]]、離れるに従い細かくなり、[[シルト]]、[[粘土]]となる。地層を構成する物質が当時の有機物もしくは[[生物]]である場合もあり、泥炭地で植物が堆積した[[石炭]]や深海で微生物が堆積した[[チャート| (岩石)|チャート]]などがある。現在見つかっている最古の地層は、[[グリーンランド]]にある約40億年前の地層で、海底で作られた地層と考えられている。
 
地層は、堆積する速度に変化はあるものの、おおむね連続して堆積している。これを'''整合'''と呼ぶ。これに対し、地層と地層の境界に非常に長い不連続があり、侵食により一部の地層が欠落しているものを'''不整合'''という。堆積が止まっている間に、地層が侵食されたり、傾いたり、褶曲したりといった変動があることも多い。そのようなところに、再び水平に地層が堆積したりする。下の地層と上の地層が平行なものを'''平行不整合'''と呼び、上の地層と下の地層が傾いていたり、下の地層が褶曲したりしているものを'''傾斜不整合'''と呼ぶ。また、下の地層が[[火成岩]]からなる場合は、'''非整合'''と呼ぶこともある。地層の欠落を伴わず、不連続の時間が非常に短い場合、'''時間間隙'''と呼んで不整合と区別することもある。不整合は、陸上でも海底でもつくられるが、いずれの場合も、岩石や土砂が堆積するような環境だった地域が、浸食される環境へ変化し、再び堆積する環境に戻ったことを示している。不整合面のすぐ上には、比較的大きな粒の礫が堆積していることが多く、'''[[基底礫岩]]'''と呼ばれる。これは、侵食された下部の地層の岩石から供給された礫である場合がある。