研究のきっかけ
研究はいつも不思議な縁から始まります．私の縄文石斧の研究は2006年5月中旬，文化人類学者の大塚和義先生が私の研究室を訪ねられたときに始まりました．三内丸山遺跡から出土した緑色磨製石斧の石材がアオトラ石かどうか調べて欲しいという依頼をされ，石斧の５つの破片とアオトラ石１つを置いていかれました．そのとき私は軽い気持ちでお引き受けしましたが，石斧研究の魅力にとりつかれ，その先10年近くにわたって研究することになるとは夢にも思いませんでした．
緑色磨製石斧の特異な組織が生み出す硬さと粘り強さ
特別史跡「三内丸山遺跡」（図1）は，わが国最大級の縄文集落跡で，今から約5900年前から4200年前までの長期にわたって定住生活が営まれていました．三内丸山遺跡には，大変美しい緑色磨製石斧が数多く出土します．この石斧を初めて岩石カッターで切断したとき，その硬さと粘り強さに驚くと同時に，縄文時代の人々が石斧をつくるためにこの良質の美しい石材を探し出したことに大変感動しました．緑色磨製石斧の石材は岩石学では“緑色岩”と呼ばれる変成岩です．多くの場合，アクチノ閃石（緑閃石ともいいます），緑簾石，緑泥石等の緑色の鉱物を多く含むため岩石も緑色に見えます。私はこれまで何千という国内外の緑色岩を調べてきましたが，このように硬くて粘り強さをもつ緑色岩には出合ったことがありませんでした．
石斧がなぜ硬いのか，なぜ粘り強いのか，偏光顕微鏡で石斧薄片を観察してすぐにその疑問が解けました．石斧の基質は，非常に細粒の鉱物の集合物でできており，鉱物は硬い石英と斜長石でした．さらに，細粒で針状の角閃石結晶が縦横無尽に基質に突き刺さるように成長していました（図2）．角閃石族の代表格であるホルンブレンドのホルン（horn)は鹿の角に由来していますが，角閃石はそれほどに硬い鉱物です．総じて，緻密な硬い基質が石斧の硬さを担保し，粘り強さの理由は，基質に縦横無尽に突き刺さる針のように成長している角閃石にあることがわかりました．単に硬いというと誤解が生じると思います．硬くても脆ければ，石斧を振るうとたちどころに刃こぼれしてしまうでしょう．適度な硬さをもち，同時に粘り気をもつことで石斧としての用途に十分に耐えうる石材となっているというのが適切な表現かと思います．
図2 三内丸山遺跡出土の緑色磨製石斧の薄片写真．針状の伸びている鉱物はアクチノ閃石， 暗茶色の粒状の鉱物は緑簾石．直交ニコル.
図3は，石斧の反射電子像です．電子線マイクロプローブアナライザーという装置を使って取得しました。輝度が明るいのは重い元素を多く含む（平均原子番号が大きい）鉱物，暗いのは軽い元素を多く含む鉱物で,輝度の違いによって異なる鉱物種を区別することができます．図4は，Na,Ca,Si,Mgの分布を示しています．元素が多い鉱物は暖色系，少ない鉱物は寒色系の色で表されています．Naは専ら斜長石（アルバイト）に含まれますので，Na図では斜長石の分布がわかります．Ca図で，Caを最も多く含むアパタイトは朱色，続いてエピドート（黄緑色），角閃石（明るい青色）の順に少なくなります．Siは石英が最も多くオレンジ色の部分に対応し，続いて斜長石が密な黄緑色の部分，角閃石が淡い黄緑色の部分の順に減少します．Si図では石英の分布が明瞭にわかり，斜長石と共に基質を形成していることがわかります．Mg図の黄緑色〜オレンジ色は角閃石で，やや明るめの青は緑泥石です．不定方向に針状〜柱状に伸びる角閃石の分布がよくわかります．
図3 反射電子像．Act: アクチノ閃石，Ep: 緑簾石，Apt: 燐灰石．スケール（下の白色のバー）は0.1 mm．
図4 Na, Ca, Si, MgのX線マッピング．図3の中央部分．Ab: アルバイト、Qtz: 石英．他の略号は図3に同じ．
緑色磨製石斧の石材は，アクチノ閃石+エピドート+緑泥石+アルバイト+石英の鉱物組合せから，緑色片岩相に分類される変成岩であることがわかりましたが，石英が多いことも，針状〜柱状の角閃石がいろいろな方向に成長する組織も，大変珍しいと思いました．そして，実は大塚先生が持ち込まれたアオトラ石もこの組織をもっていました．私は，石斧の給源（原産地）を追跡するためにこの鉱物組織が使えそうだと直感しました．
この鉱物組織を頼りに研究を進めていく過程で，北海道千歳市の丸子山遺跡と美々貝塚遺跡，苫小牧市静川遺跡，沙流郡平取町平取桜井遺跡から出土する緑色磨製石斧も調べ，それらが同様の組織をもつことがわかりました（Maekawa et al., 2020)．それぞれの遺跡の位置は図１に示してあります．三内丸山遺跡の緑色磨製石斧が高品位であるのに比べ，給源に近いとされる桜井遺跡では，作りかけや刃こぼれして捨てられた低品位の石斧も認められるとのことで，当時の石斧等の流通において，良質のものを選りすぐって三内丸山まで運ばれたことがわかり，大変興味深く思いました（森岡，2017）．
平取町の人々は，古くから濃緑色部と淡緑色部の互層をもつアオトラ石と呼ばれる岩石を，置き石や飾り石として大切にしてきました．額平川上流の河原では，硬い淡緑色部が飛び出て軟らかい濃緑色部がへこんだ凹凸の激しい転石がしばしば見つかりますが，それがアオトラ石です（図5）．研究初期の段階で，簡易蛍光X線分析装置を用いて化学分析を行ったところ、濃緑色部はクロムやニッケルに富み、ケイ素に乏しい組成をもっており、淡緑色部は比較的ケイ素に富み、クロムとニッケルがやや多い組成を示しました（前川，2007）。さらに、淡緑色部は、石斧特有の組織をもち、化学的特徴も石斧のものとほぼ一致していました（図5）。奇妙きてれつなアオトラ石の組成ですが、化学分析で、石斧の石材がアオトラ石の淡緑色部である可能性が高くなってきました。地球の体積のおよそ83％は地球表層部を覆う地殻の下にあるマントル物質（かんらん岩）が占めていますが、クロムやニッケルは地殻では乏しく、マントルに比較的多い元素です。アオトラ石が採取される地域の近くにはかんらん岩が水と反応して生じる蛇紋岩が分布しており（図1）、蛇紋岩はかんらん岩と同程度にクロムやニッケルを多く含みます。私は当初、クロムやニッケルに富む理由を、アオトラ石が蛇紋岩が関与した岩石だからではないかと考えていました。しかし、この考えは間違いであったことが、現地調査を行って初めてわかることになります。このことは、次の「現地調査」で説明させていただきます。
図5 アオトラ石と薄片写真．濃緑色部は淡緑色部に比べ柔らかいため，削剥されへこんでいる．薄片写真は，右側が開放ニコル，左側が直交ニコル．淡緑色部は針状のアクチノ閃石がバラバラな方向に成長した石斧と同様の組織をもつ．一方，濃緑色部は石英を欠き，緑泥石が多い．
現 地 調 査
平成25年11月から12月にかけて，調査地域である給源とされる平取町額平川の支流の沢を初めて調査しました．地元のアイヌの人々が，古くからアオトラ石の給源があるとして語り継がれてきた場所でした．羆の生息地であることから，地元の人に案内をお願いし大塚先生と一緒に，雪の降る早朝，調査地域に初めて入りましたが，青緑色の岩の上を流れ，ほとぼしる水の光景をみて私は思わずその美しさに感動しました．
水中を熱い溶岩が流れるとしばしば枕のような形になります．これを枕状溶岩といいますが，調査地域は枕状溶岩，それがばらばらになって固まった枕状角礫岩，細かい火山砕屑物からなる火砕岩で占められており，この地域が太古の時代に海底火山活動の場であったことがわかりました（図6）．
図6a 2013年11月30日，現地調査開始！
図6b 枕状溶岩（転石）発見．
図6c 6bの側面の写真．枕状溶岩（左）と火砕岩が接している．火砕岩については本文参照．
図6d 枕状溶岩．6bの手前側のクローズアップ．．
図6e 枕状溶岩．額平川沿いの露頭．
図6f 火山角礫岩．
さらに，これまでこの地域で報告がなかったピクライトという岩石が大量にあることもわかりました（図7a-d）．ピクライトは，マントル物質に似た組成をもつ溶岩で，かんらん石を多く含む大変珍しい岩石です．普通の玄武岩マグマは，1100℃前後の温度で地表に噴き出てきますが，ピクライトはそれよりもずっと高い温度のマグマからできます．この地域の海底火山活動が，特殊な高温の熱源によるものであったことになります．幸いこの調査で，地元の人に教えてもらい幅20ｍ程度のアオトラ石によく似た層状火砕岩の露頭を見つけることができました（図7g）．この層状火砕岩の淡緑色層は，緑色磨製石斧特有の組織をもっていました（図7h）．幸いにも石斧研究を始めた段階での私の予想が当たっていたことになります．
図7a 額平川上流のピクライトの露頭．2014年7月の調査で見つけたが，その後，実施された近接する橋の工事で露頭が観察できなくなっている．
図7b 同左．蛇紋岩に似ているが，やや緑色が強いため、慣れれば識別はそれ程難しくはない．
図7c ピクライトの転石．
図7d ピクライト角礫岩の転石．
図7e ピクライトの偏光顕微鏡写真．開放ニコル．透明の部分は緑泥石に置換されたかんらん石の斑晶．スピネルの包有物をしばしば含む．
図7f 直交ニコル．石基を構成する細粒で干渉色の高い鉱物は単斜輝石．
図7g 層状火砕岩の露頭．
図7h 層状火砕岩の淡緑色部の偏光顕微鏡写真．直交ニコル．緑色磨製石斧と同様の組織・鉱物構成をもっている．
化学組成による比較
図8 Cr-SiO2図 (左) とNi-SiO2図 (右)．
緑⾊磨製⽯斧が異常に⾼いCr, Ni量をもっていることは，研究当初より大きな疑問でした．ここでは，横軸にSiO2，縦軸に（マントルに多く地殻には少ない適合元素の）Cr, Ni量をとった図で関係する岩⽯の化学組成を⽐較してみることにします（図8）．調査地域を広く占める溶岩類は図8の赤丸と黄丸で示してあります．これらはSiO2=49.10-50.77％の範囲に入り，⽞武岩に分類されます．SiO2=55％にある黄丸の試料は溶岩中の熱⽔変質部と考えられ，主にパンペリー石と石英の脈からなります．試料を用意する際に⽯英脈を除去しきれなかったので無視してよいと考えています．紫色の丸で示すピクライトはSiO2に乏しく（SiO2＜47％），高いCr, Ni量をもつのが大きな特徴です．溶岩類のCr, Ni量も，通常の⽞武岩に⽐べて数倍多く，このことは溶岩類もピクライト質マグマの活動と何らかの関係があった可能性を⽰唆しています．
緑⾊磨製⽯斧は，⽐較的⾼いSiO2（SiO2=53.36-56.81%）をもち，Cr（=400-900ppm，1ppm=0.0001％）, Ni（=200-500 ppm）に富むことを特徴とし，アオトラ⽯および給源の可能性のある層状火砕岩の露頭の淡緑⾊層の化学的特徴と良く⼀致しています．比較的高いSiO2量をもつことは，これらが⽯英（SiO2=100％）とアルバイト（SiO2=65-70％）の基質をもつことと良く⼀致しています．⼀⽅，アオトラ石および層状火砕岩の濃緑⾊層は，SiO2（43-49%)に乏しく，Cr（=2400-2900 ppm），Ni（=800-1200 ppm）に著しく富み，組成的にピクライトによく似ています．濃緑⾊層にはクロムスピネルの砕屑粒子（残晶）が認められます．ピクライトはしばしばクロムスピネルを含みますので，濃緑色層はピクライト由来の砕屑物からなる可能性が高いといえます．淡緑⾊層がCr, Niに富むこともクロムスピネルが分解して生じたCr, Niに起因していると思われます．一般にクロムスピネルは蛇紋岩（かんらん岩）にも含まれますが，その場合はマントル由来であるため地殻に比較的多い元素であるTiO2には乏しい傾向があります．濃緑色層に含まれるクロムスピネル中のTi量は蛇紋岩のそれよりも顕著に多いので，ピクライトに由来するとみなしてよいでしょう（Maekawa et al., 2020)．
層状火砕岩の淡緑色部は，緑色磨製石斧特有の組織をもち，化学的特徴も石斧のものと大変似通っていました．奇妙きてれつなアオトラ石の組成でしたが，なんとか説明することができ，石斧の石材の原産地が層状火砕岩体の露頭周辺である可能性が非常に高くなってきました．そこで，次に希土類元素を比較してみることにしました．結果を図9に示します．驚いたことに石斧と層状火砕岩の淡緑色層の希土類元素パターンはみごとに一致していました（図9）．希土類元素パターンは岩石の成因や形成過程（岩石ができるまでにたどってきた過程）を反映するトレーサーとして大変有効な手段とされており，両者の一致は，石斧石材の給源が層状火砕岩体である可能性が非常に高いことを示唆していました．ちなみに，シドニ沢のピクライトを含む溶岩類は，他の溶岩類と同じく左側の軽元素に枯渇し，アオトラ石とは異なるパターンを示し，このこともアオトラ石の特異性を支持していました．
図9a 緑色磨製石斧，アオトラ石，層状火砕岩（露頭）の希土類元素．
図9b 玄武岩，ピクライト，ピクライト角礫岩の希土類元素．
アオトラ石の成因
アオトラ石が三内丸山遺跡から出土された石斧の原石であることは，間違いないと思われます．それでは，アオトラ石はどのようにしてできたのでしょうか．まず，ピクライト質と安山岩〜デイサイト質の火砕物が交互に堆積して互層を形成します．その際，両者はある程度混じり合ったと考えられます．CrやNiが淡緑色部でも多いことで，濃緑色部からのCr, Niの混入が，また，ピクライトの組成に比べてSiが濃緑色部でやや多いことで，Siの淡緑色部からの混入が考えられることがその理由です．岩石に含まれる変成鉱物が，緑簾石，アクチノ閃石，緑泥石，アルバイトであることから，その後，調査地域一帯は広く緑簾石+アクチノ閃石+緑泥石+アルバイト±石英の鉱物組合せから緑色片岩相の変成作用を受けたことがわかります．
調査地域は，ピクライト質〜玄武岩質の火山岩が卓越しています。SiO2の多い安山岩質〜デイサイト質の火砕物が混入することは可能でしょうか。渡辺・新井田（1987）は，額平川〜宿主別川流域の火成岩類の詳細な岩石学的研究を行っています．私は不覚にも現地調査に先だってこの論文を見落としていました．調査が終了してからこの論文を読むことになったわけですが，ピクライトの記述がないこと以外は私の観察結果を逐一確認することができました．渡辺・新井田（1987）では，溶岩類と貫入岩類15個の化学分析値が与えられており，そのうち３つが安山岩からデイサイトの組成（SiO2=61.82-63.12%）をもっていました．これら試料の採取地点はいずれも層状火砕岩から半径5 km以内にあり，このことは，アオトラ石の淡緑色部のもととなった火砕物が，それらのマグマの活動によって供給された可能性があることを示唆していると考えられます．
付記
私の調査では，層状火砕岩体の走向方向（N24〜26˚E52〜55˚W）の延長を追うまでには至りませんでしたが，ある程度の広がりをもって分布していることは間違いありません．ただ，その厚さは最大でも十数メートル程度だと推察されます．機会があれば調べて見たいのですが，もはやちょっと無理かな... と思っています．
私の石斧研究は，予想はずれ，見当違いの連続でした．次から次に出てくる新たな事実を元に何度も何度も修正をかけ，なんとかここまで来ましたが，実に10年近い歳月が流れてしまいました．ようやく全貌がみえてきた気がしますが，今後さらなる予想外の事実が待ち受けているかもしれません．これからも予想外を楽しみつつ，もうしばらくの間，アオトラの真実を見極めていきたいと思います．
2018年3月定年退職後の最初の私の仕事が，緑色磨製石斧の研究をまとめることでした．その結果，「文献」の二つの論文（Maekawa and Ohtsuka, 2021; Maekawa et al., 2021)によって公表することができました．地質学の研究は一人ではできません．研究仲間や地域の人々の協力があって初めて成り立つもので，本研究も例外ではなく，進めるにあたって，多くの方々にご協力・ご助力を頂きました．ここに謹んでお礼申しあげる次第です。
調査地域の溶岩類には部分的に濃緑色のレンズ状，岩片状，脈状のものが見つかります．これらは，主にパンペリー石からなり，変成作用時の熱水変質によるものと思われますが，偏光顕微鏡下で見事なパンペリー石を観察することができます．
最後に，パンペリー石の薄片写真を上げておきます．異常干渉色を強調するために，調子に乗って鋭敏色検板を使ったものもあげました．ご覧下さい．
文献
前川寛和 (2007) 三内丸山遺跡出土の磨製石斧の岩石学的特徴と石材産地特定の可能性について. 特別史跡三内丸山遺跡年報10, 15-26. https://sannaimaruyama.pref.aomori.jp/wp-content/uploads/2019/02/sanmaru-nenpou10.pdf
Maekawa, H. and Ohtsuka, K. (2021) A petrological approach to find the source location of raw materials for prehistoric stone axes. Open access journal of Archaeology and Anthropology, 3(2): 2021. OAJAA.MS.ID.000557. DOI: 10.33552/OAJAA.2021.03.000557
Maekawa H., Ohtsuka K., Yamamoto K., Gouchi N. and Hattori K. (2021) Petrology of green polished stone axes of the Jomon period from the Sannai-Maruyama site, Japan, investigating the origin of source rock. Island Arc. 2021;30:e12384. https://doi.org/10.1111/iar. 12384
森岡健治 (2014) 石斧に使用された「アオトラ石」【コラムリレー第10回】，学芸員ノート．http://www.hk-curators.jp/archives/3154
渡辺敬三・新井田清信 (1987) 神居古潭帯額平川流域の緑色岩類．地球科学 41, 151-164. https://www.jstage.jst.go.jp/article/agcjchikyukagaku/41/3/41_KJ00005303882/_pdf/-char/ja
パンペリー石の偏光顕微鏡写真．上段：開放ニコル，中段：直交ニコル，下段：直交ニコル+鋭敏色検板．上段で淡緑色〜無色の部分がパンペリー石，スケールはそれぞれ横幅が約4 mm．
（2024年10月31日）