現職教員の継続教育の場における堆積物の粒度分析実習
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(2) 132. 学校教育学研究, 2003,第15巻. 1.はじめに 小学校理科のC区分において流水の作用や土地のつ くりに関する学習が行われている。学習指導要領(文部 省, 1999)の中で,流水の作用や土地のつくりに関する 学習がどのように取り扱われているのかについて紹介す る。小学校第5学年において,学習指導要領では「地面 を流れる水や川の様子を観察し,流れる水の速さや量に よる働きの違いを調べ,流れる水の働きと土地の変化の 関係についての考えをもっようにする。ア流れる水に は,土地を削ったり,石や土などを流したり積もらせた りする働きがあること。イ雨の降り方によって,流れ る水の速さや水の量が変わり,増水により土地の様子が 大きく変化する場合があること。」を内容として掲げて いる。流水の作用による土地の侵食や侵食されて流し出 された粒子の運搬あるいは河川における粒子の堆積につ いての理解があると,学習をさらに深めることができよ う。これは,小学校第6学年で学習する土地のつくりと 関係する。小学校第6学年では, 「土地やその中に含ま れている物を観察し,土地のつくりや土地のでき方を調. だし,多数の地質学者がこの協会の会員に当初からなっ ていた。一引用者注)。」そして,戦後になって社会科が できたときに,高等学校おいて「地理の中の人文地理分 野は社会科の1科目となるが,自然地理の内容の主部は 社会科からはみ出る。地学は自然を扱う分野で自然地理 は地学の中に入り得る。前に述べた東京地学協会の名称 と実態から見てもこの理解は容易で地理学者の協力も得 られた。」としている。同様のことが小学校でも起きて いたと永田(1994)は推測している。これが,地形学的 な内容が理科学習に入ってきた原因と考えられる。この 歴史的な経緯と関連して永田(1994)は,河川教材に関 して次のように指摘している。 「現在の教科書を見ても, (地形学的な教材が初等・中等の自然科学教育ことに理 科教育の中にその位置を確立した)とはいえない。」歴 史的な経緯はあるものの,河川教材に関する理科的な取 り扱いと指導法の開発が必要であるとしている。著者も この永田(1994)の考えと同じである。 以上の点を考慮に入れて,本資料では流水の作用や土 地のつくりと関連する地殻物質科学の講義内容の一部と 現職教員を対象にした講習会の内容について紹介する。. べ,土地のつくりと変化についての考えをもつようにす. 表1粒径と粒子の名称。. る。ア土地は,礫,砂,粘土,火山灰及び岩石からで きており,層をっくって広がっているものがあること。」 を内容として掲げている。河川で堆積した地層を観察す る時に地層中の粒子の大きさをその当時の河川水の流速. 粒径(mm) 粒子 巨礫 256. と関連付けて考えれば,流水の様子と土地のつくりとの 関連がよりはっきりするであろう。この場合には,現在 の河川での様子から過去を推し量ることになる。また, 土地を構成するものがどのようなものであるのか,ある いはどのような割合で混じっているのかについての理解. 大磯 中礫 4 小磯. があればさらに土地のつくりに関する学習を深めていく ことができよう。. さて,上に示した学習指導要領を読むと,地形の形成 あるいは地形変化が重視されていることに気が付く。こ の内容は,学問的には自然地理学で取り扱われる内容で ある。すると,どうして社会科の内容が理科で扱われて いるのかという疑問が生じる。これらの単元における理. 2 極粗粒砂粒 1 粗粒砂粒 1/ 2 中粒砂粒. 科的な学習の在り方とも関連するので,簡単に触れてお く。渡辺(1983)は学校教育の歴史を遡り,戦前の地学 に関する状況について次のように述べている。 「諸外国 でも土地に関する教材,地質・鉱物と天文に関する教材 は取り上げられ,また博物通論(Natural history)の 中には地学的教材が相当入っていたが,地形など自然地 理分野と不可分のものであったように思われる。日本で 最初に地学の名称が用いられ今に受け継がれているのは. 1/ 4. 東京地学協会(Tokyo Geographical Society)で,刺 設は明治12年(1879)であったことからも,その一端. 1/ 256. がうかがえる(Geographyは地理学のことである。た. 礫. 64. 砂. 細粒砂粒 1/ 8 微粒砂粒 (極細粒砂*) 1/ 16 シル ト粒子 粘土粒子 ホ周藤・午来(1997)より。. 描 土.
(3) 現職教員の継続教育のための粒度分析. 2.枚度. 133. くなければ侵食が起こらないことになる。これは,細粒 粒子の場合,粒子間の粘着力や凝集力が働くためである。 つまり,細粒の粒子が塊をっくっているためである。. 地層を構成する物である礫,砂,粘土はその粒径によっ て区分されている。理科年表(国立天文台, 2001)で示. ヒュ-ストローム図の利用例として,東条川の川岸. されている区分を表1に示す。理科年表とは異なる名称あ. (兵庫県東条町松沢と兵庫県小野市池田町との境界)で. るいは粒径で区分している専門書(例えば,周藤・午来,. 採取した堆積物の粒度分析の結果を表2に示す。粒度分. 1997)もある。参考のために,表に付記しておく。付記 に示したように粒径l/8mmから1/16mmの粒子につ. 表2東条川における堆積物の粒度分析Ⅰ。. いての名称が異なっている。この粒径の粒子はvery fine. 流 れ が 最 も速 い. 流 れ が ほ と ん ど. 箇 所. な い箇 所. sandと呼ばれている。理科年表ではこれを微粒砂粒と訳 粒 度. し周藤・午釆(1997)は極細粒砂と訳している。. 重. さ. %. 1m m 以 上. 調べることを粒度分析と呼ぶ。粒径の測定は,多くの場 合,ふるいを用いて行われている。粒径は,ふるいの針. lmm '. 金の間隔(「目の開き」と呼ぶ)に相当する。つまり,. 0 .7 1 m m. 「目の開き」が2mmのふるいを通過しないものは礫であ. 0 .1 7. 0 .0 1. 0 .0 1. 2 4 .5 8. 1 3 .2 4. 1 .4 8. 1 .5 5. 4 9 .6 2. 2 6 .7 2. 1 .8 5. 1 .9 4. 1 0 4 .1 5. 5 6 .0 9. 1 3 .8 8. 1 4 .5 3. 6 .2 1. 3 .3 4. 3 0 .0 8. 3 1 .4 9. 0 .3 5. 0 .1 9. 3 0 .0 1. 3 1 .4 1. 0 .4 6. 0 .2 5. 1 8 .2 2. 1 9 .0 7. 1 8 5 .6 8. 1 0 0 .0 0. 9 5 .5 3. 1 0 0 .0 0. 0 .5 m m. 「目の開き」が2mmのふるいを通過するものである。. 0 .5 m m ′ }. 3.流水の作用による侵食・運搬・堆積. 0 .2 5 m m 0 .2 5 m m '. ヒューストローム(1935)は河川堆積物の平均粒径と. 0 .1 2 5 m m. 河川水の平均流速との関係から図1 (ヒュ-ストローム. 0 .1 2 5 m m. 図)を作成した。運搬と堆積の境界線は範囲で示されて. - 0 .6 3 m m. いる。また,滑平面上で粒子が移動する最低速度につい ても範囲で示されている。ヒューストローム図で,注目. 0 .6 3 m m. すべき点は侵食作用をもたらす流速が粒径に単純に比例. 未 満. しない点である。粒径が0.1mmから0.5mmの問で流 速が最小値を取っている。より細粒になると流速が大き. 合 計. t本文も参照。. I I. -2. Il l. ,. g. l. 戟. o o i. (D9S＼UIO)照度. r. Il 磯轍 磁 、、∴ 'X - サ 翠 + !fc ... … !衡 夢 み<k ちプ ぜ I > :% 嶺 車.藷ミ. 一.〟 +* + S f fi ラ 築た ! I- > m V. :sォ!. + &. n. . I l. 0.001. 0.0050.01. %. 0 .3 1. 0 .7 1 m m -. る。砂は「目の開き」が0.063mmのふるいを通過せず,. さ (g ). [ t. 地層がどのような大きさの粒子からできているのかを. 重. 0.05. 0.1. 0.5. 1. 1盛. λ fc t i. ^ < .. 川一一 lr I I. 5. 10. 50. 粒径(mm) 図1ヒュ-ストローム図。高山(1974)が引用した図を簡略化した。. 100. 500.
(4) 134. 学校教育学研究, 2003,第15巻. 折はふるいを用いて行った。この分析は,兵庫教育大学 学校教育学部地学実習で学部2年生自然系コースの学生 達が1987年春にグループで行ったものである。流速を 測定していなかったので,ここでは流速が明らかに速い 箇所とほとんど河川水の動きが認められなかった箇所で. 率的である。そこで,器具を用いないでできる四分法を. の比較だけを行う。表2から明らかなように,流水の動 きがほとんどない箇所では,細粒粒子の堆積が顕著であ る。これに対して,河川水の流れがあると,細粒粒子の 割合が小さくなり粗粒粒子の堆積が認められる。つまり, 細粒粒子は流されていることになる。粒度分析を行うこ とで数量化して表現できたことになろう.. 総量を粒度分析に適した量に調整する。 このようにして準備した試料をふるい分けしていく。. 紹介する。この方法は,自然乾燥させた堆積物を高さ 15cm程度から紙の上に落として円錐を作り,円錐を4 等分して対角位の試料を混ぜ合わせることで全体を2等 分する方法である(図2)。これを繰り返して,議料の. 特殊なふるいの動かし方はない。また,ふるい分けする 際にふるいから落ちる粒子はカレンダーなど粒子が付着 しにくい紙で受ければ良い。受け器やふたを用意すれば, なお良いであろう。これらの受け器やふたはふるいと一 緒になって販売されている。また,力があれば,ふるい. 4.試料の採取方法. を2段あるいは3段に重ねて同時にふるった方がてっと り速い。ふるい分けが終わった後で,各ふるいに残った. 試料採取にはスコップなどを用いて行えばよい。試料 の量も,通常は数百グラムもあれば十分である。遠藤 (1989)は,ふるい分けにおける試料採取量の目安とし て,次の値を示している。試料の最大粒径が37.5mm. 粒子の重さを足しあわせて総量とする。そして,総量か. 以上であれば6000g, 37.5mmから19mmであれば4500 g, 19mmから4.75mmであれば1500g, 4.75mmから 2mmであれば500g, 2mm以下であれば200gである。 礫を含む堆積物を採取する場合,どのように試料を採取 するかが問題になることがある。大きな粒子が一つ入る かどうかで,粒度分析の結果に大きな影響を与えること があり得よう。この対処方法として角(1967)は,最大 級の礫を含むような区画(最大級の礫の直径の数倍以上 の長さを一辺とする立方体あるいは短い辺がこの長さに なるような溝)で試料を取ることを勧めている。. による分析では重量比で代表させている。. ら各粒径ごとの重量比を計算する。なお,粒度分析にお ける粒径分布の本来の意味は体積比であるが,一般に地 層を構成する物質の密度はほぼ同じであるので,ふるい ふるいを使用すると,ふるいの目に引っかかる粒子が 出てくる。この時はふるいを裏返しにして歯ブラシや針 で取るようにする。ただし,ふるいの目の開きを変えな いことに注意する。ブラシは網が張ってある方向に対し て45度の角度でかける。あるいは,机の上で裏返しの ふるいを叩いて粒子を落としても良い。いずれの方法で も落ちた粒子はふるいから回収したものと一緒にして重 量を測定する。落ちなかったものは,そのままにしてお く。なお,ふるい専用のブラシも市販されているが,歯 ブラシや針で十分に代用できる。. 5.四分法とふるいによる桂皮分析. さて,ふるい分けをしていると粒子が砕けていくこと が起こりうる。この場合,粒子が単に凝集しているに過. 採取した試料の量が多い場合には,ふるい分けに時間 がかかりすぎることがある。試料量を少なくした方が効. ぎないと考えて補正しない。つまり,粒子の大きさは, ふるいにかけて砕けた後の大きさで考えていることにな る。また,指で壊せるような塊は予め壊しても構わない。 つまり,たとえ大きな塊であっても簡単に壊れるような 塊は礫とは呼ばない。実際,日常生活においても,簡単 に壊れるような塊を小石とは呼んでいない。. 6.礫を含む地層の観察と観察結果の処理. 図2四分法の要領。 1と3, 2と4を合わせて全体を2分する。. 本章では著者が行った小学校教員を対象にした講習会 のあらましを示す。この講習会は兵庫県小学校教育研究 会理科部会が主催したもので,講習会の日時は平成13 年7月26日と27日の両目であった。約120人の参加者 が3グループに分かれて, 3時間の講習を受けた。この 講習会の目的は次の通りである(1)礫,砂,粘土を含 む地層を観察し,地層の観察方法についての理解を深め る。 (2)地層中の粒子について粒度分析を行うことで,.
(5) 現職教員の継続教育のための粒度分析. 地層の観察結果を数量的に表現する方法についての理解 を深める。内容は次の通りである。 (1)礫,砂,粘土か らなる地層の特徴を説明するc (2)礫層がどのような大 きさの礫,砂,粘土からできているのかをふるいを用い て調べる。この時に小数の足し算,かけ算,割り算を行っ て百分率を求める。講習会当日,主催者あるいは参加者 が用意して実際に使用したものは次の通りである。 (1) 筆記具とメモ用紙, (2)必要な人は電卓, (3)帆(屋外 で使用しても良い物)を一つか二つ, (4)はかり(数キ ログラムまで測定できるもの) , (5)土砂を入れる容器 を数個, (6)使用済みのカレンダーを数十枚, (7)水の 入った大型バケツをいくっか(手を洗ったり,器具を洗 うために用いる)である。. 135. 能になる。しかも,この関連付けは数量化された客観的 な量での対比である。また,大きな粒子(特に礫)は河 川水の流速が速かった時に堆積し,砂層は流速が衰えた 時に堆積したと考えられるので,流水の作用と関連付け て地層の構成物質の大きさの違いを説明できよう。 講習会終了後に行った参加者へのアンケート調査の中 で,著者が注目したコメントを以下に示す。感想欄中で, 「良かった」あるいは「勉強になった」等のコメントが かなり見られたが,これらは省略する。 (1)筆算で百分 率を計算するよりも電卓を利用した方がよい(2)ふる い分けの時間がかかりすぎる(30分以上かかる)ので, 児童に行わせようとすると遊び出す児童や飽きてくる児 童への対応を考える必要がある。 (3)粒度分析の意義を. 観察地点は加古郡稲美町草谷の県道514号線に面した 崖である。この崖では河岸段丘堆積物が,下位から上位. 児童に伝えることが難しい。 (4)ふるい分けをしている. にかけて,含礫砂層-茶色粘土層-褐色粘土層-白色粘 土層-褐色粘土層-砂層-礫層の順に積み重なっている。 ただし地層を横に追っていくと消滅している場合も多く,. 差の説明が難しい。 (5)露頭(地層を観察することがで. 必ずしもこの順番通りにはなっていない。詳しい観察事 項については紙数の都合で省略する。 地層の観察と説明を終えた後で,参加者に礫を含む地 層の2箇所で粒度分析用の試料を採取してもらい,ふる いによってふるい分けした後で,礫,砂,粘土の割合を 算出してもらった。ここでは,著者が求めた粒度分析の 結果を表3に示す。礫を多く含む地層から採取したもの は,礫が卓越しているとは言えず,礫を多量に含む砂の 地層と呼べるものであった。このように,礫が目立って いたとしても,分析を通して砂の地層であることを明ら かにすることができる。著者は礫を多量に含む地層と砂 層から各-カ所づっ試料を採取したが,連続する地層か ら複数のグループに分かれて試料を採取し粒度分析を行 えば,地層の広がりと地層を構成するものの粒度がほぼ 類似していることが確認できよう。つまり,地層の広が りを地層を構成するものの類似性と関連付けることが可. 多量 の礫 を含 む 砂層. 粒度 2m m. 重 さ (g ) 7 6 .6 7. % 4 .1. 重 さ (ど) 134 8 .03. 者の生徒の実態に応じた対応が考えられる。 (2)ふるい 分けにかかる時間を短縮する方法(四分法)について先 に触れたので,四分法を利用したり十分な数のふるいを 準備することが必要であろう。ふるい分けを数人ずつの グループ(ふるいを使う者,ふるい分けした物の重さを 測定する者,ふるいの目詰まりを取る者,記録を取る者 など)に分かれて行うことも考えられるc (3)ふるい分 けの意義については,先に触れたが,実際には「調べて みよう」という課題形式で生徒に問う方が良かろう。 (4)ふるいからこぼれた粒子がふるいの目を通った細か い粒子と混じることがあり得よう。この対策として受け 器を使用すれば問題はない。他の方法として,ふるいを 通過した粒子の重さを頻繁に測定して,混入した時はふ るい分けを再び行うことも方策として考えられる。また, 飛ばされる微粒子があろう。こうなると,飛ばされた粒 子の重さの見積もりは極めて困難になる。はかり取った えば. 10gの粒子のかさを見せて,風で飛ばされてしまっ. 4 2 .9. た量と10gとの比較を行えばよい。実際にふるい分けす る試料の量は数百グラム以上であるので,細かい粒子の. 1 7 33 .4 8. 9 3 .3. 16 75 .72. 4 7 .9 1. 2 .6. 1 16 .9 7. 53 .4. 重さが仮に10g増えたとしても,百分率の値が数%程度 大きくなるだけである。複数のグループで同一箇所で粒 度分析を行っても,この程度の違いが生じるので,風で. 3 .7. 飛ばされたり下に敷いた紙で受けきれなかった粒子の重 さは誤差の範囲内に収まってしまうことが多い。 (5)の. 未満 合計. る。 (1)小学生に計算力を付けさせることは,算数学習 の中でかつてはど重きをおかれていないので,授業担当. 微粒子の重さと体積の関係から,推し量るしかない。例. 0 .6 3 mm 0 .6 1 mm. これらのコメントに対して著者は次のように考えてい. %. 以上 2m m '. きる崖)が学校の近くにない。以上の5点である。. 風の強い日に屋外でふるい分けを行おうとすると,風で. 表3段丘堆積物の粒度分析。 砂層. 最中にふるいから落ちた粒子の扱いやこれに伴う分析誤. 18 5 8 .0 6. 1 0 0 .0. 3 14 0 .72. 1 00 .0. 露頭が学校の近くにないというような問題を除いて,以 上のような方策を考えることができよう。.
(6) 136. 学校教育学研究, 2003,第15巻. 7.まとめ. Umv. Uppsala Geol. Inst. Bull., 25, 221-527.. 国立天文台(2001) :理科年表,丸善, 1042p.. 本資料では,著書が兵庫教育大学大学院で開講してい る地殻物質科学の講義内容の中から,小学校理科の単元 である流水の作用と土地のつくりと関連するものの内容 を紹介した。さらに,これらの単元を関連付ける実験の 一つとして,粒度分析の手法を紹介した。その実際を著 者が講習会で行ったものを例にして示した。. 文部省(1968) :小学校学習指導要領,大蔵省印刷局, 212p. 文部省(1989) :小学校指導書理科編,教育出版, 116p. 文部省(1999) :小学校学習指導要領解説理科編,東洋館出 版, 122p. 永田英治(1994)日本理科教材史,東京法令出版, 331p. 周藤賢治・午来正夫(1997) :地殻・マントル物質,共立出版, 330p.. 文献 遠藤邦彦(1989) :諸環境における堆積物の粒度測定法,地学 雑誌, 98, 711-718. ヒューストローム, F. (1935) : Studies of the morphological activities of rivers as illustrated by the River Fyris.. 角靖夫(1967) :礫岩・礫層のしらべ方,地質ニュース, No. 156, 18-29.. 高山茂美(1974) :河川地形,共立出版, 304p. 渡辺景隆(1983) :地学の成立と地学教育の将来像私論一藤本 名誉会長追悼の辞にかえて-,地学教育, 36, 25-37. (2002.7.31受稿, 2002.9.17受理).
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