緑色の岩は、もともとは海の底に広がっていた玄武岩の岩盤で、白い岩はサンゴ礁からできた石灰岩でした。その玄武岩や石灰岩が海洋プレートの動きによって大陸プレートの下に沈み込んでいき、地下15～30㎞の深さで膨大な圧力と熱による変成作用を受け、鉱物が再結晶化して結晶片岩という変成岩になります。

神居古潭一帯の岩は、沈み込み帯の低温高圧の状態で変成した変成岩で、地殻変動などによって上昇した結果、地表に現れたもの。神居古潭渓谷は、変成岩を容易に観察できる国内有数の地であり、国内外の研究者が訪れる地でもあります。

変成岩が地中から再び地上に上ってくるしくみには諸説ありますが、蛇紋岩という暗緑色の岩に取り込まれて上昇してきたというのもそのひとつ。

蛇紋岩は地下深くにあるマントルが水を吸って含水鉱物に変化し、膨れてできたもののため密度が小さくなり、軽くなります。地下深くは圧力が高いため、軽くなった蛇紋岩は、浮力で地上まで上がって露出。このとき蛇紋岩は、すでにできているさまざまな岩石を取り込んでいくという説です。

蛇紋岩に変成岩が取り込まれているということは、海洋プレートがマントル近くの深さまで沈み込んだことを示す重要な証拠になっています。神居古潭渓谷の変成岩は、約1億2000万年～6000万年前にできたことがわかっています。

この時期、古日本海溝と呼ばれる海溝が大陸の縁にあり、そこでのプレート沈み込みによって変成帯が形成されました。変成帯は、現在の北海道の中央付近～サハリンに広く分布していて、北海道では神居古潭変成帯、サハリンではススナイ変成帯と呼ばれています。

北海道の地質はその構成や特徴によって、西から渡島帯、礼文-樺戸帯、空知-エゾ帯、日高帯、常呂帯、根室帯に区分されています。

神居古潭変成帯は、北は猿払村から南は新ひだか町（旧三石町）まで、北海道の真ん中付近を南北に約350㎞縦断しています。空知-エゾ帯のなかに見られる濃い緑色や濃い紫色、濃い水色が変成岩の分布エリアです。

どうしてこのような穴ができるのかというと、岩石に割れ目があると、川の水によってその部分が削られやすくなり、くぼみができます。そこに小石などが入ると、水流によって岩の弱い部分が削られていきます。そのとき渦流が発生するので、岩はだんだんと円形に削られていくというわけです。

古くから聖地とされた神居古潭渓谷の景観は、プレートを動かす大地の力と岩を削る石狩川の激流による産物なのです。

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