火山のカルデラに場所や条件による違いがあるのは、地下からマグマが失われる量や速さ、マグマの移動先、マグマ貯留域の深さや形、周囲の断層・岩盤、噴火後の水のたまり方や再活動などが火山ごとに異なるためです。その結果、巨大な爆発的噴火の後に数十km規模の凹地ができる場合もあれば、玄武岩質火山でマグマが山腹へ移動したことによって山頂部が段階的に沈降する場合もあります。
つまり、カルデラは単に「大きな火口」ではありません。大規模な火山活動で地下のマグマ系が変化し、その上の広い地盤が沈むことが代表的な成因ですが、沈み方、規模、形、その後の地形は条件によって大きく変わります。
まずカルデラとは何か
気象庁は、火山活動によって形成された概ね直径2km以上の凹地形をカルデラとしています。典型的には、短時間にマグマが噴出したり側方へ移動したりすることで、地下のマグマだまりの上側にある地盤が沈降・崩落して形成されます。
国土地理院も、カルデラを火山性の大きな火口状凹地として扱い、通常の爆裂火口より大規模で、陥没などの形成作用が重要だとしています。
このため、カルデラを理解するときは「どれだけ爆発したか」だけでなく、「地下のマグマがどこへ移動し、その上の地盤がどのように沈んだか」を見ることが重要です。
カルデラの違いを生む第一の要因は「マグマがどう失われたか」
カルデラ形成の中心には、地下のマグマ貯留域からマグマが失われ、内部の圧力が下がることがあります。ただし、マグマが失われる方法は一つではありません。
大量のマグマが爆発的に噴出する場合
流紋岩質やデイサイト質など、粘性が高くガスを多く含むマグマが大規模に噴火すると、火山灰、軽石、火砕流などとして非常に大量のマグマが地表へ放出されることがあります。
地下のマグマ貯留域の圧力が急激に低下すると、その上にある地盤を支える力が弱まり、リング状の断層などに沿って広い範囲が沈降します。このような大規模噴火に伴う陥没カルデラでは、直径が数kmから数十kmに達することがあります。
マグマが側方へ移動する場合
カルデラは、巨大な爆発的噴火だけで形成されるわけではありません。マグマが山頂の地下から側方へ移動し、別の場所から溶岩として噴出した結果、山頂部のマグマ貯留域が減圧して沈降する場合があります。
2018年の米国ハワイ・キラウエア火山では、山頂のマグマが東部リフトゾーンへ移動し、大規模な溶岩噴出が続きました。それに伴って山頂カルデラが段階的に沈降し、最深部では500mを超える沈降が観測されました。
この例は、「カルデラ＝巨大な爆発でできる」という理解だけでは不十分であることを示しています。
マグマの種類が違うとカルデラ形成も変わる
マグマの組成は、カルデラ形成を伴う噴火の仕方に大きく影響します。
流紋岩質など粘性の高いマグマはガスが抜けにくく、大規模な爆発的噴火を起こすことがあります。この場合、短時間に大量の火山灰や軽石、火砕流堆積物が形成され、その後に広いカルデラが残る場合があります。
一方、キラウエアのような玄武岩質火山では、流動性の高いマグマがリフトゾーンなどを通って側方へ移動し、別地点から大量の溶岩として流出することで山頂部が陥没することがあります。
つまり、カルデラの大きさや形だけでなく、「どのような噴火・マグマ移動と結びついてできたか」にも場所ごとの差があります。
マグマ貯留域の深さや形でも沈み方が変わる
地下のマグマ貯留域は、単純な球形の空洞ではありません。複数の貯留部や岩脈がつながり、部分的に溶融した領域や結晶の多い領域を含む複雑なマグマ系であることがあります。
そのため、どの深さ・範囲からマグマが失われたかによって、地表の沈降範囲も変わります。浅く広い貯留域の上部が沈む場合と、より局所的な貯留域が減圧する場合とでは、カルデラの直径や深さ、断層の配置が異なることがあります。
2018年のキラウエアの研究では、浅い山頂マグマ貯留域から一部のマグマが失われ、圧力が低下した段階で崩壊が始まったことが示されています。マグマ貯留域が完全に空になるまで待ってから地盤が崩れるわけではありません。
カルデラは一気に沈む場合と段階的に沈む場合がある
カルデラ形成というと、広い地面が一瞬で大きく落ち込むイメージを持つかもしれません。しかし、沈降の時間変化も火山によって異なります。
キラウエアの2018年の山頂沈降では、約78日間にわたって繰り返し崩壊が発生しました。地盤は断層で区切られたブロックとして、複数回に分けて段階的に沈みました。
一方、大規模な火砕流噴火では、噴火が急速に進む中でカルデラ沈降も進行することがあります。噴火によるマグマ放出と沈降が相互に影響し、沈む地盤が残ったマグマをさらに押し出す場合もあります。
このため、カルデラ形成の時間スケールは、マグマの噴出・移動速度や地下構造によって変わります。
カルデラが円形・楕円形・不規則になるのはなぜか
カルデラは円形や楕円形に近いものが多い一方、実際の輪郭は火山ごとに異なります。
地下のマグマ貯留域の形が細長ければ、その上の沈降域も楕円形になりやすくなります。また、既存の断層や地殻の応力方向、山体の形、複数のマグマ貯留域の存在などによって、カルデラの縁が不規則になることがあります。
さらに、形成後に新しい噴火、侵食、山体崩壊が起これば、もとのカルデラ地形が部分的に改変されます。現在見えている輪郭が、形成直後の形をそのまま残しているとは限りません。
カルデラの深さが場所によって違うのはなぜか
カルデラの深さは、沈降した量だけでは決まりません。形成後に火砕流堆積物、火山灰、溶岩などが内部へたまると、カルデラ床は浅くなります。
また、カルデラ形成後に新しいマグマが地下へ供給されると、カルデラ床が持ち上がることがあります。長い時間がたてば河川から運ばれた土砂もたまり、侵食と堆積によって地形が変化します。
そのため、現在のカルデラの深さは「最初にどれだけ沈んだか」だけでなく、その後の火山活動と堆積の歴史も反映しています。
形成後に再び盛り上がるカルデラもある
カルデラ形成後も、地下のマグマ活動が終わるとは限りません。再びマグマが地下へ供給されると、カルデラ床の一部が持ち上がることがあります。
米国地質調査所（USGS）は、カルデラ崩壊後に地下へマグマが再供給され、地表が広く隆起してできる構造を「resurgent dome（再生ドーム）」と呼んでいます。
イエローストーンでは、カルデラ形成後のマグマ再供給によってカルデラ床の一部が数百m持ち上がり、複数の再生ドームが形成されました。
これは、カルデラが「一度沈んで完成する地形」ではなく、その後も地下のマグマ供給によって変形し続ける場合があることを示しています。
カルデラの中に湖ができる場合と、できない場合がある
カルデラは大きなくぼ地なので、水が集まる条件がそろえばカルデラ湖になります。国土地理院は、カルデラ内に生じた湖のうち、カルデラの全部または大半が湖で占められるものをカルデラ湖としています。
しかし、すべてのカルデラに湖があるわけではありません。雨や雪解け水の量、流入する河川、カルデラ底の透水性、外へ水が流れ出る出口の有無などによって、水がたまるかどうかが変わります。
また、カルデラ内部に新しい溶岩流や火山体ができると、水系がせき止められ、局所的に湖が形成されることもあります。
カルデラ湖の形や深さが違うのはなぜか
カルデラ湖の形は、もとのカルデラ地形に加え、その後の火山活動や侵食の影響を受けます。
カルデラ全体が深く沈み、外への排水路が少ない場合には広く深い湖になりやすくなります。一方、カルデラ内部に新しい火山体が成長したり、溶岩が湖盆を分けたりすると、湖は複雑な形になります。
国土地理院は、カルデラの大半を占める湖をカルデラ湖、カルデラ内の一部にだけ水をたたえた湖を火口原湖と区別しています。この違いも、カルデラ形成後の地形発達の違いを表しています。
同じ火山でもカルデラの形は時間とともに変わる
カルデラは長い時間の中で変化します。形成直後の急な崖は崩れ、河川が谷を刻み、内部へ土砂が運ばれます。
さらに、カルデラ内部や縁で新しい噴火が起こると、溶岩ドーム、火砕丘、溶岩流などが新たに形成されます。イエローストーンでも、カルデラ形成後に流紋岩質溶岩の噴出や再隆起が起こり、現在の複雑な地形がつくられました。
そのため、現在のカルデラ地形を比較するときは、「形成した噴火の違い」と「形成後にどれだけ時間がたち、何が起きたか」の両方を見る必要があります。
気象庁の用語では陥没以外のカルデラもある
カルデラという言葉は、多くの場合、火山活動に伴う大規模な沈降・崩落地形を指します。ただし、気象庁の火山地形用語では、概ね直径2km以上の火山性凹地の中に、侵食や山体崩壊によって生じたものも含めています。
そのため、「カルデラ」という名称だけを見て、すべてが同じ陥没機構で形成されたと決めつけることはできません。個々のカルデラについて、地質調査から形成過程を確認する必要があります。
一般向けにカルデラを理解するときは、代表的な形成機構がマグマの噴出・移動に伴う地盤沈降であることを押さえたうえで、地形分類には幅があると考えるとよいでしょう。
カルデラの違いを整理すると
- マグマの失われ方：爆発的噴出、側方移動、溶岩流出などで地下の圧力低下の仕方が変わります。
- マグマの組成：流紋岩質の大規模爆発型と、玄武岩質火山の沈降型では活動様式が異なります。
- マグマ貯留域：深さ・形・広がりが地表の沈降範囲に影響します。
- 沈降速度：短時間に進む場合も、何十回にも分かれて段階的に進む場合もあります。
- 断層・岩盤：沈降ブロックの形やカルデラ縁の輪郭を左右します。
- 形成後のマグマ供給：再生ドームや新しい溶岩・火山体ができる場合があります。
- 水文条件：降水、地下水、排水路などによってカルデラ湖の有無が変わります。
- 形成後の時間：侵食、堆積、新しい噴火によって地形が改変されます。
まとめ：カルデラの違いは「マグマの失われ方」と「その後の地形発達」の違い
火山のカルデラに場所や条件による違いがあるのは、地下のマグマがどのように失われたか、マグマ貯留域がどのような形だったか、地盤がどの速度・範囲で沈んだか、その後に水や新しいマグマがどう作用したかが火山ごとに異なるためです。
大規模な爆発的噴火で大量のマグマが失われて形成される巨大カルデラもあれば、キラウエアのように玄武岩質マグマが側方へ移動し、山頂部が段階的に沈降して形成・拡大するカルデラもあります。
さらに、形成後に湖ができる場合、再生ドームができる場合、新しい火山活動で内部が埋められる場合など、その後の姿もさまざまです。
「マグマが噴出・移動する→地下の圧力が低下する→上部地盤が沈む→地下構造によって形や規模が変わる→その後の水・侵食・再活動で現在のカルデラになる」という流れで考えると、カルデラの場所・条件による違いを理解しやすくなります。
コメント