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火山(かざん、)とは、地殻の深部にあったマグマが地表または水中に噴出することによってできる特徴的な地形をいう。

◆ 概要

文字通りの山だけでなく、カルデラのような凹地形も火山と呼ぶ。

火山には1回だけの噴火で活動を終了してしまう単成火山と、同じ場所で何度も噴火を繰り返す複成火山がある。前者は秋田県男鹿半島の目潟(マールという凹んだ火口湖のみで山はない)や兵庫県の神鍋単成火山群があり、後者の代表は富士山や桜島。

火山の噴火はしばしば人間社会に壊滅的な打撃を与えてきたため、記録や伝承に残されることが多い。

◆ 火山の成因

◇ 火山のできる場所

火山は地球上のどこにでもできるわけではない。火山ができる場所は大きく分けて3種類ある。

; プレート発散型境界(リフトバレー、海嶺)

: プレートテクトニクスによれば、地球上で最も火山活動が活発なのは熱いマントルが上昇してきて地殻が新たに生成される場所、すなわち発散型境界である。発散型境界はふつう長く続く谷地形となっているのでリフトバレー () とも呼ぶ。

: リフトバレーの多くは海底にあり、海嶺とよばれる。海嶺では地下から新しい玄武岩質マグマが次々に供給されて海底で固まり、海洋地殻となって海嶺の両側に移動していく。世界で唯一アイスランドが海嶺を地上で観察できる場所で、アイスランド島は中央部の地溝から東西に拡大しつつある。また陸上のリフトバレーの代表的なものがグレート・リフト・バレー(東アフリカ大地溝帯)で、同様に活発な火山活動を伴って東西に拡大しつつある。

; プレート収束型境界(海溝)

:プレートテクトニクスによれば、発散型境界で生成したプレートは収束型境界で他のプレートとぶつかり、マントルまで沈み込んで消滅したり、プレートどうしが重なり合ったりする。火山が発生するのは主に前者で、海洋プレートが他のプレートの下に沈み込む海溝に沿って分布する。海溝で沈み込んでいる海洋プレート表面の岩石には多量の水が含まれている。水分を含んだ岩石は融解温度が低下するので、沈み込みにより地下深部に達すると、通常よりも低い温度で融けはじめマグマが発生すると考えられている。マグマの発生条件は水分のほか主に温度と圧力に依存し、温度と圧力はほぼ深さによって決まる。従ってマグマが発生するのは海溝から沈み込んだプレートがある一定の深さに到達した場所であり、それより海溝に近い(沈み込んだプレートが浅い)場所ではマグマは発生しない。

: マグマは発生した場所から浮力によってほぼ真上に上昇し火山を形成するので、必然的に火山は海溝から一定の距離だけ離れた位置に、海溝に平行に分布することになる。この火山列を、これより前(海溝側)には火山がないという意味で火山フロント又は火山前線という。また、これよりも海溝から離れた位置にも火山が点在することが多いが、このような場所では沈み込んだプレートがさらに深い場所に達し、別の成分が融解するなどして散発的にマグマが発生すると考えられている。沈み込み帯では、沈み込んだプレートが融解する時にすでに海底堆積物が混入していたり、マグマが上昇する途中で地殻の岩石が混入したりするため、火山から噴出するのは安山岩質から流紋岩質のマグマであることが多い。日本やカムチャツカ半島をはじめとする太平洋周辺や地中海の火山はこのタイプである。

; ホットスポット

: 地表の特定箇所に継続的に大量のマグマが供給される場所があり、これをホットスポットという。ホットスポットの位置はプレートの動きとは無関係に一定しており、プレートよりも下のマントルに発生源があると考えられている。

: ハワイ火山列島がこのタイプで、固定したホットスポットで噴火が起こり火山島ができる一方で太平洋プレートが北西に動くため、古い火山島が北西にずれていくとともに南東側に新しい火山島ができ、結果として北西ほど古く南東ほど新しい火山列島となっている。他にイエローストーン、ガラパゴス諸島がホットスポットとして知られており、またアイスランドは大西洋中央海嶺とホットスポットが重なっているため火山活動が特に活発であると考えられている。

これら3種類以外に、過去にスーパープルームと呼ばれる地球コア付近からの大規模なマントル上昇による大噴火もあったと考えられている。洪水玄武岩も参照。

◇ マグマ溜まりと噴火

火山の地下にはマグマ溜まり () があり、そこからマグマが上昇して地表に出る現象が噴火である。

地下数十kmの深部で生成されたマグマは高温の液体であるため、周囲の固体岩石より比重が軽く、浮力によって徐々に上昇する。地下5kmから10km程度の場所まで来ると、周囲の固体岩石も深部ほど高圧を受けていないためマグマと同程度の比重となり、マグマは浮力を失って滞留すると考えられている。これがマグマ溜まりである。マグマ溜まりが大きな穴なのか、それとも細かい割れ目にマグマが入り込んだようなものなのか、という点はまだわかっていない。マグマ溜まりの大きさは数km程度と考えられている。

マグマ溜まりからマグマが上昇して噴火を起こす引き金には何種類かあると考えられており、主なものは以下のようなメカニズムである。

・ 深部からマグマが供給され溢れ出る

・ プレートの押し合う力などにより押し出される

・ マグマが少し冷えて一部が結晶化し体積が減ることによりマグマ溜まり全体が減圧し、マグマに溶け込んでいたガス成分が急激に発泡(気化)して爆発的に上昇する

マグマ溜まりの中のマグマは、周辺の岩石に熱を奪われて徐々に冷えてゆくが、その過程で揮発成分の分離や、結晶しやすい成分の結晶化・沈積などが起こっている。その結果、マグマ溜まりの上部と下部では成分がかなり違っている場合がある。1回の噴火の中で、最初に噴出した物質(マグマ溜まりの上部にあった)と最後に出てきた物質(下部にあった)では成分が大きく異なる場合があるのはそのことを示していると考えられている。たとえば、1707年の富士山宝永大噴火では激しい噴火が4日間続き、大量の火山灰が江戸にも降り積もったが、その火山灰の成分が途中で大きく変化した。最初はシリカを多く含んだ白っぽいデイサイト質の火山灰が降ったが、数時間後には黒っぽい玄武岩質の火山灰に変わった。噴火前の富士山マグマ溜まりの上部は、比重の重い成分が結晶化・沈積した残りの液体であったため、デイサイト質になっていたと推定される。

◆ 噴火の形

◇ 噴出物の成分による影響

火山の噴火の形は、噴出するマグマの流動性や揮発物成分の量によって大きく変わる。揮発成分の量はマグマの噴出力を左右し、揮発分が多いほど火山灰や溶岩を高く吹き上げる大きな爆発となる。

# 流動性が高く揮発物成分が少ない場合:ハワイ火山の噴火のように静かに溶岩流が流れつづける。

# 流動性が高く揮発物成分が多い場合:1986年の三原山(伊豆大島)噴火の初期のように、溶岩がカーテンのように高く幅広く噴出する。

# 流動性が低く揮発物成分が少ない場合:昭和新山の噴火のように、大きな爆発や溶岩流出はなく溶岩円頂丘が形成される。

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