地学地球理科

火山の理解に不可欠な「マグマ」を理系ライターが丁寧に解説

よぉ、桜木建二だ。今回はマグマについて解説していくぞ。

日本に住んでいると、定期的に噴火のニュースを聞くと思う。噴火が火山と関係しているのはわかると思うが、火山とはなんだろうか?今回は火山の理解に不可欠なマグマについて学んで見よう。

今回は物理学科出身のライター・トオルさんと解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

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ライター/トオル

物理学科出身のライター。広く科学一般に興味を持つ。初学者でも理解できる記事を目指している。

マグマについて

image by iStockphoto

日本には火山がたくさんありますが、火山とは簡単にいえば地下からマグマが上がってくる場所のことです。マグマが地上まで出てくるのが噴火であり、噴火のときに見られる溶岩というものはマグマが地表に現れた姿になります。日本は4つのプレートの境界に位置しているため、必然的に地震大国であり火山大国です。火山を理解するには、まずはマグマを理解する必要があります。今回はこのマグマについて紹介しましょう。

地球の内部構造について

Earth cross section (Japanese).svg
Los688 – Myown wrok, パブリック・ドメイン, リンクによる

はじめに地球の内部構造を確認しておきましょう。地球の半径は約6400キロメートルで、表面から大陸部分で60キロメートル、海底部分で10キロメートルは地殻と呼ばれ、様々な岩石から構成されています。その下2900キロメートルまではマントルで、660キロメートル付近で上下に別れていて上が上部マントル、下が下部マントルです。上部マントルはかんらん石、下部マントルはかんらん石が特殊に変化したものによって構成されていると考えられています。

マントルの下はと呼ばれる部分で、5100キロメート付近より外側が液体状の外核で、それより内側が固体状の内核です。地球の内部は基本的に深くなるほど高温高圧になり、内核では約5700度にも達すると考えられています。火山活動では地殻および、その下のマントルが主に関係する範囲です。

プレートテクトニクスについて

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Jose F. Vigil. USGS – [1], パブリック・ドメイン, リンクによる

火山、もしくはマグマが上がってくる場所はプレートテクトニクスによって決定されています。プレートテクトニクスとは、地殻とマントル上部を合わせたリンソスフェアと呼ばれる部分がいくつかのプレートに分かれ、その下の柔らかいアセノスフェアと呼ばれる部分の上を動いているという理論です。火山はプレート同士の境界である、発散境界および収束境界に発生します。発散境界とはプレート同士が離れていっている部分、収束境界とはプレート同士が重なっていく部分のことです。

上記の画像はマグマが上昇してくる主な場所になります。一番左は収束境界である海洋プレートの下に海洋プレートが沈み込んでいる部分であり、その右がホットスポットです。その右は発散境界であるプレート同士が離れていっている中央海嶺、その右は収束境界である海洋プレートが大陸プレートの下に沈み込んでいる部分になります。最後は発散境界である大陸上でプレート同士が離れていっている部分です。

ホットスポットとは、プレート移動と関係なくプレートの下のマントル深部より上昇流が存在し、そのためにマグマおよび火山が発生している場所のことになります。

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多くの地質学的現象の原因はプレートテクトニクスにある。特に火山は、ホットスポット火山以外はすべてプレートニクスが原因だ。日本にある火山はすべてプレートテクトニクスが原因だと考えられている。

マグマの種類について

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Hawaii Volcano Observatory (DAS) – http://hvo.wr.usgs.gov/kilauea/update/archive/2003/May/main.html, パブリック・ドメイン, リンクによる

マグマとは岩石が溶融してできたものであり、液体だけでなく鉱物結晶を含むことが一般的です。溶融とは溶けてドロドロになることになります。マグマも、それが冷えて固まった火成岩と同様に多様です。マグマも火成岩と同様に二酸化ケイ素の割合によって分類されていて、二酸化ケイ素が45-52パーセント含まれているのは玄武岩質マグマで、52-63パーセントは安山岩質マグマ、63-70パーセントはデサイト質マグマ、70-77パーセントは流紋岩質マグマと呼ばれます。

マグマは化学組成だけでなく、温度・粘性・密度などもマグマの種類よってことなり、一般的には玄武岩質になるほどマグマは高温(1100℃以上)で、粘性は低く密度は大きくなるようです。二酸化ケイ素の量が増えると、温度が低く高粘性になり密度は低下します。流紋岩質マグマでは温度は800℃前後が普通です。

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