火山とマグマが深く関係しているのは、火山が地下でできたマグマの上昇・蓄積・噴出によってつくられる地形だからです。マグマが地下の割れ目や通り道を上昇し、一部が地表へ出ると、溶岩、火山灰、噴石、火山ガスなどとして噴出します。こうした噴火が何度も繰り返されることで、火山体が成長していきます。
ただし、「マグマがあれば必ず火山になる」「火山の中は全部マグマで満たされている」というわけではありません。マグマの多くは地下で冷えて固まることがあり、地表まで到達するのはその一部です。火山は、地下のマグマ供給系と地表の噴出口・噴出物がつながった結果として形成されます。
そもそもマグマとは何か
マグマは、地下にある高温の溶融した岩石物質です。完全な液体だけではなく、溶けた岩石の中に結晶や火山ガス成分を含むことがあります。
USGSは、マグマを「地表より下にある溶けた岩石」であり、地表へ噴出したものを溶岩と呼ぶと説明しています。
つまり、地下にある間はマグマ、地表に出て流れる状態になれば溶岩です。
火山を理解するときには、この区別が基本になります。火山の地下にはマグマが存在しうる一方、地表に見える溶岩は噴火によって外へ出たマグマの一部なのです。
火山はマグマが噴出してできる
産業技術総合研究所の地質調査総合センターは、火山を地下のマグマが地表へ噴出することによって形成されるものと説明しています。
マグマが火口や割れ目から噴出すると、溶岩が流れたり、火山灰や噴石が積もったりします。
一回の噴火だけで現在の大きな火山が完成するとは限りません。多くの火山では、長い時間をかけて噴火を繰り返し、溶岩や火山砕屑物が積み重なることで山体が成長します。
そのため、火山は「地下にマグマがある場所」というだけでなく、マグマ活動が地表にまで現れ、噴出物を積み重ねてできた地形と考えるとわかりやすくなります。
マグマは地下のどこにでもあるわけではない
地下深くは高温ですが、マントルや地殻の岩石がすべて溶けているわけではありません。
地質調査総合センターは、通常のマントルは固体として安定しており、何らかの条件がそろった場所で一部が溶けてマグマが生じると説明しています。
つまり、地球の内部に巨大な「マグマの海」が広がっていて、火山がそこにつながっているというイメージは正確ではありません。
実際には、特定の場所で岩石の一部が溶け、できたマグマが上昇・集合しながら火山の地下へ供給されます。
日本の火山では沈み込むプレートがマグマ生成に関係する
日本列島は、海洋プレートが陸側のプレートの下へ沈み込む地域に位置しています。
気象庁や地質調査総合センターによると、沈み込む海洋プレートから放出される水が上部マントルへ加わることで、岩石が溶けやすくなり、マグマが生じます。
学術研究でも、沈み込み帯の島弧マグマ生成には、沈み込むスラブ由来の流体とマントルウェッジの相互作用が重要だと考えられています。
こうして生じたマグマが上昇し、地殻内に蓄積され、その一部が噴火すると、日本列島の火山活動につながります。
水が加わるとなぜ岩石が溶けやすくなるのか
岩石には、温度だけでなく圧力や水の量によって「溶け始める条件」があります。
沈み込むプレートから供給される水がマントルの岩石へ加わると、岩石が溶け始める温度が低くなります。
そのため、乾燥した状態では固体のままの岩石でも、水が加わることで一部が溶け、マグマが生じやすくなります。
日本のような沈み込み帯で火山が帯状に並ぶ大きな理由の一つが、この水を介したマグマ生成です。
マグマはなぜ上へ上がるのか
できたマグマは、周囲の固体岩石より密度が小さい場合が多いため、浮力によって上昇しやすくなります。
USGSは、マグマが周囲の岩石より軽いことや、内部に含まれるガスの圧力によって、地表方向へ移動すると説明しています。
上昇するマグマは、地殻の割れ目や弱い部分を通りながら移動します。
途中で止まって地下に蓄積することもあれば、さらに上昇して火口や割れ目から噴出することもあります。
マグマだまりは「巨大な地下の空洞」ではない
火山の説明では「マグマだまり」という言葉がよく使われます。
ただし、地下に巨大な空洞があり、その中が液体マグマだけで満たされていると考えると単純すぎます。
実際のマグマ供給系は、溶融物、結晶、周囲の岩石、複数の貯留域や通り道が組み合わさった複雑な構造と考えられています。
マグマは地下で一時的に蓄積され、冷却・結晶化・混合・ガス分離などを経験しながら性質を変えることがあります。
そのため、同じ火山でも噴火ごとにマグマの組成や噴火様式が異なる場合があります。
地下のマグマがすべて噴火するわけではない
マグマができても、そのすべてが地表へ出るわけではありません。
上昇途中で冷えて固まり、地下に火成岩として残るものもあります。
地質調査総合センターは、過去の火山体が侵食されると、かつて地下にあったマグマが冷えて固まった深成岩が地表に現れることがあると説明しています。
花こう岩や閃緑岩などは、そのように地下でゆっくり冷えて固まったマグマに由来する岩石です。
このことからも、「マグマが存在すること」と「噴火が起きること」は同じではないとわかります。
噴火するかどうかは何で決まるのか
マグマが地下にあるだけでは噴火とはなりません。
新しいマグマが供給されて圧力が高まる、マグマ内部でガスが分離する、地殻の割れ目が開くなど、複数の条件が重なってマグマが地表へ移動すると噴火につながります。
気象庁は、マグマが火口へ上昇して圧力が低下すると、溶け込んでいたガス成分が発泡し、体積が増えて噴出を促す場合があると説明しています。
つまり、噴火は「マグマがあるかないか」だけではなく、マグマの供給量、圧力、ガス、粘り気、地下構造などによって左右されます。
マグマの性質で噴火のしかたが変わる
マグマにはさまざまな組成があり、粘り気も異なります。
USGSによると、粘り気の小さいマグマではガスが抜けやすく、比較的穏やかに溶岩が流れ出る噴火になりやすい一方、粘り気の大きいマグマではガスが逃げにくく、圧力が高まって爆発的な噴火につながることがあります。
したがって、火山とマグマの関係を理解するには、「マグマがあるから噴火する」という一段階の説明だけでは不十分です。
どのようなマグマが、どれだけ供給され、どのように上昇・蓄積したかによって、噴火の様式も変わります。
マグマが地表に出ると溶岩や火山灰になる
マグマが比較的穏やかに地表へ出ると、溶岩流として流れることがあります。
一方、爆発的な噴火では、マグマが細かく砕かれて火山灰や軽石、噴石などになります。
つまり、溶岩、火山灰、軽石などは別々の原因で生じるものではなく、もともとは地下のマグマに由来するものが多いのです。
火山の山体は、こうした噴出物が何度も積み重なることで形成されます。
火山ガスもマグマと深く関係する
マグマには、水蒸気、二酸化炭素、二酸化硫黄などの揮発性成分が溶け込んでいます。
マグマが上昇して圧力が下がると、こうした成分が気泡として分離し、火山ガスになります。
火山ガスの量や組成が変化することは、地下のマグマの動きを知る手掛かりになる場合があります。
そのため、火山観測では地震や地殻変動だけでなく、火山ガスの放出量や化学組成も調べられています。
火山性地震はマグマの移動と関係することがある
マグマが地下を移動すると、周囲の岩盤に力がかかり、亀裂が開いたりずれたりして地震が起こることがあります。
USGSは、上昇するマグマや火山性流体が地殻の応力状態を変えることで、さまざまな火山性地震が発生すると説明しています。
ただし、火山の近くで地震が増えたからといって、必ず噴火するわけではありません。
地震活動はマグマや流体の移動を知る重要な観測項目ですが、噴火判断には地殻変動・火山ガス・熱活動など複数の情報を組み合わせる必要があります。
火山がある場所には必ず今もマグマがあるのか
必ずしもそうとは限りません。
昔は活発に噴火していても、その後マグマ供給が弱まり、長期間活動していない火山もあります。
逆に、見た目には静かな火山でも、地下では熱水活動やマグマ供給系が存在する場合があります。
そのため、火山の状態を判断するには、過去の噴火履歴と現在の観測データの両方が必要です。
マグマを調べるとなぜ火山の将来がわかるのか
噴出した溶岩や火山灰を調べると、マグマがどのような温度・圧力条件で存在し、地下でどのように変化したかを推定できます。
また、結晶の化学組成や火山ガス、地震、地殻変動を組み合わせることで、地下のマグマ供給系をより詳しく理解できます。
こうした研究は、噴火の仕組みを明らかにするだけでなく、火山活動の評価や防災にも役立ちます。
火山とマグマの関係を調べることは、地球内部の仕組みと火山災害の両方を理解することにつながるのです。
まとめ
火山とマグマが関係しているのは、火山が地下で生じたマグマの上昇・蓄積・噴出によって形成されるからです。
日本のような沈み込み帯では、海洋プレートから供給される水が上部マントルを溶けやすくし、マグマ生成に重要な役割を果たします。生じたマグマは浮力などで上昇し、地下で蓄積・変化し、その一部が地表へ噴出します。
マグマが地表へ出れば溶岩となり、爆発的に砕かれれば火山灰や噴石になります。さらに、マグマに含まれるガスやその移動は、噴火のしかたや火山性地震にも関係します。
つまり、火山はマグマが地表へ現れる出口であり、マグマは火山活動を動かす主要な物質です。ただし、マグマのすべてが噴火するわけではなく、地下での生成・上昇・蓄積・ガス分離などの過程を経て、条件がそろったときに噴火へつながるのです。
参考資料
- 産業技術総合研究所 地質調査総合センター「日本の火山とマグマ」
- 気象庁「火山噴火の仕組み」
- 中村仁美・岩森光「スラブ起源流体と沈み込み帯でのマグマ生成」
- U.S. Geological Survey「About Volcanoes」
コメント