(6/5/97)

センダ ヨシミチ:学生:20

三宅康幸（信州大学理学部）

ｋａｒｅｎ／ｓ:中学生:１５

石渡　明（金沢大学・理学部）

A.O:大学生:19

　さて、次に(1)と(2)についてマントルウエッジの融解という観点から考えて みましょう。まず答えから言ってしまうと、地上において観察される火山の分 布が一様ではなく沈み込みと平行な方向にも垂直な方向にもある種の集まりを 持っているのと同様に、部分融解帯も決して一様なものではありません。では 何故、一様にはならないのでしょうか。
　今、私たちが目にするような地表の火山分布ができるためには、地下深部 で、(a)H2Oの生成、(b)マグマ源へのH2Oの移動と部分溶融帯の形成、という2 つのステップが必要です。こうしたそれぞれのステップに、一様でない部分溶 融帯を作りうるプロセスがあるのです。 (a)のH2Oの生成の要因には、岩石の空隙中に閉じこめられていた水の絞り出し と含水鉱物の分解反応とがあります。前者は連続的に起きますが、多くの水は 沈み込みが始まって間もなく絞り出されてしまい、火山の形成にはあまり寄与 していないと考えられています。後者は含水鉱物の分解反応に特有な温度圧力 下でのみ起こりますから、不連続なH2Oの生成となるわけです。(b)において は、H2Oの移動中に一様な分布からH2Oの集中がおきる可能性と部分溶融帯自身 が不均一な分布に成長していく可能性とが存在します。雨の日の軒先からした たる雨のしずくや、お風呂場で天井から落ちてくる水滴を思い出してくださ い。初めはほぼ一様に分布していたとしても、小さな滴のあるものが少しずつ 周囲の小さな水滴を吸収して大きく成長していき、ついには落下する様子が観 察できるはずです。これと同じように、時間空間スケールと上下の向きは異な りますが、大きく成長したものほどより大きな成長・移動速度を持つようにな るといった不均一性が増大していく現象が、マントルウェッジでも起きている と考えられています。
　さて、以上のような幾つかのプロセス、それらのどのプロセスによってどの ような方向の非一様性が実現するか、ぜひ考えてみてください。
　さらに地表で観察される火山の分布について言うならば、部分融解帯で作ら れたマグマが地表までの上昇する過程で地殻の構造や応力などの影響をうける ということも、一様でない火山分布の原因に付け加えなくてはなりません。 （8/19/98）

安田　敦（東京大学・地震研究所）

林:学生:１７

　ところが，マントルの岩石（かんらん岩）がゆっくりと（１年に数mm〜 数cm程度）上昇する流れがある場所では，地下深くにあった高温の岩石 (1400℃程度)が浅くて圧力の低い場所に運ばれるので，そこで岩石がわずか に融解し，玄武岩質のマグマが発生します．マグマは周囲の岩石より軽いの で，集まりながら上昇し，ついには地表や海底に噴出して火山をつくります （噴出時の玄武岩マグマは1200℃程度）．大洋中央海嶺の下には，マントル が湧き上がって両側へ拡がる流れがあり，海嶺の中軸地溝帯に沿って活発な 火山活動が起きています．アイスランドやアファー三角地帯では，海嶺の火 山活動の様子を陸上で見ることができます．ただし，海嶺から離れた場所で も，スポット状のマントル上昇流（プルーム）によって，大きな火山体が形 成されることがあり，ハワイに代表されるこのような場所をホットスポット と呼びます．

　海溝は，逆に下へ向かうマントルの流れがある場所で，そこではマグマは 発生しません．しかし，斜めに沈み込む冷たいマントルの上側には，熱いマ ントルが浅いところに上がってきていて，そこで発生したマグマが，海溝と 平行に伸びる数列の島弧火山帯をつくっています．東北日本の那須火山帯や 鳥海火山帯はその例です．海溝からは，多量の水を含んだ海洋底の堆積物や 変質して水を含んだ海洋地殻の玄武岩が，冷たいマントルと一緒に沈み込み ますが，深く沈み込むと温度が高くなるので水が放出され，この水が上側の 熱いマントル中に浸透して，そこの融解温度を下げて岩石を融け易くすると ともに，海嶺やホットスポットとは違った，島弧特有の水に富むマグマを形 成すると考えられています． （11/29/98）

石渡　明（金沢大学・理学部・地球学科）

ケンヂィフグ:学生:１５

三宅康幸（信州大学・理）

鶴谷京子：大学生：１９

三宅康幸（信州大学・理学部・地質科学教室）

まさみ:会社員:50

現在の地球の場合、マグマが作られる状況として3つ考えられます。 一つは減圧融解というメカニズムが働く状況です。 地球を構成する岩石の融けはじめる温度は圧力が低くなるとともに低温になっていきます。 このため、地下400km（圧力約14万気圧）で1400度の岩石は固体ですが、 地表では1200度の岩石はどろどろに融けてしまいます。 このため、マントル内の上昇流で地表近くにまでマントルの岩石が持ち上げられると 岩石の一部が融けてマグマを作ることになります。 海嶺と呼ばれる海洋プレートのわき出し口では、 このようなメカニズムで玄武岩マグマが生産され、海洋地殻を作っています。 マグマを作る別のメカニズムとして、低融点成分（例えば、水）との混合があります。 例えばマントルを構成するペリドタイトという岩石は、深さ100kmの圧力下では 水の存在しない環境では1400度近くまで融けません。 しかし、水が多量に存在すると1000度程度で融けてしまいます。 日本列島など島弧に火山が多いのは、プレートの沈み込みによって大量の水がマントル内部に 持ち込まれるため、岩石の融点が下がって、マグマを生産しやすい環境ができているためと 考えられます。 マグマ生産の3番目の状況は、融点の異なる物質どうしの接触や混合です。 一口にマグマといっても、その温度はマグマの組成によって大きく異なります。 最初は低温の低融点の岩石が高融点で高温の岩石と接触すると、高温の岩石から しだいに熱をもらって低融点の岩石が融けはじめてマグマを作ることがあります。

以上のように、マグマが存在しつづけているといっても、ずっと同一のマグマが存在しているのではなく、 温度や圧力、揮発性成分の量といった周辺の環境変化によって固体岩石であったり、融けてマグマになったり 形を変化させながら存在しているわけです。ずっと高温状態が必要なわけではありません。 マントル対流やプレート運動などが、岩石のおかれた環境の変化をもたらしているわけですから、 マントル対流やプレート運動の原動力、すなわち地球のゆっくりとした熱の放出が マグマがずっと作り続けられている原因と考えることもできるでしょう。 (10/09/00)

安田　敦（東京大学・地震研究所・地球ダイナミクス）

迷える親父:教諭:53

高橋正樹（茨城大学・理学部・地球生命環境科学）

地学高校生:高校生:18

海溝からはなれるにしたがって沈み込むスラブから放出される水の量は変化し、 また、ウエッジマントルと呼ばれる領域の温度構造も変化します。 このため、マグマ発生の場の温度や圧力も海溝からの距離で変化し、 島弧を横切る方向で火山岩の化学組成、特にアルカリ元素量、には系統的な変化が見られます。 ただし、ウエッジマントルで発生したマグマは、上昇経路の地殻を取り込んだり 地殻中で様々な結晶分化をして組成を変化させた後、地表近くに到達するので、 海溝からの距離と火山岩の種類を簡単な関係で示すことはむつかしいです。

(12/23/00)

安田　敦（東京大学・地震研究所・地球ダイナミクス）

くま:公務員:３３

２．石槌山は、昔、火山だった？
　石鎚山は、今から１千５百万年前頃、火山として活動しておりました。その頃活動 していた火山としては、小豆島の寒霞渓や、讃岐の五色台などがあります。

３．今後、四国で火山活動は？
　上に書いたような四国の状態は数百万年にわたって維持されていたと思われますの で、私達が生きている間に、火山活動が起こることはないと思っています。 （11/13/00）

吉田武義（東北大学・理学部・地球物質科学科）

さおちゃん:高校生:18

　斜長石は「固溶体」で，カルシウムの多いものからナトリウムに富むものまで，い ろいろな化学組成のものがあります．一般に玄武岩にはカルシウムの多い斜長石が含 まれ，安山岩，流紋岩とSiO2が増えるに従ってナトリウムに富む斜長石を含むように なります．これは，温度が下がって結晶作用が進行するに従って，マグマも斜長石 も，カルシウムの多いものからナトリウムに富むものへ，連続的に化学組成が変化す るためで，斜長石は「連続反応系列」とも呼ばれます．

　さて，例えば地下のマグマ溜まりの中で，流紋岩質のマグマ（低温）の中に玄武岩 質のマグマ（高温）が入ってきて混合すると，流紋岩のマグマの中に浮いていた，ナ トリウムに富む斜長石は溶かされ，新たにもっとカルシウムの多い斜長石が結晶する ようになります．三宅島や有珠山の火山活動を見ても，マグマは数年〜数１０年ごと に繰り返し上昇してきますし，その間の静かな時期にもマグマ溜まりの中で結晶作用 が進行しますから，結晶が成長したり，溶かされたりすることが繰り返し起きても不 思議ではありません．

　ところで，これとは別に，ただマグマの温度が下がって，結晶が成長しているの に，ある温度まで下がると，その結晶が逆に溶けてしまうという不思議なことが起き ます．例えば，ある種の玄武岩質マグマの中で，カンラン石という鉱物が結晶化して いるのに，ある温度まで下がると，カンラン石が溶けてしまい，この温度以下では， 斜方輝石という別の鉱物が結晶し始めるのです．この場合は，マグマの結晶作用の進 行とともに，別の種類の鉱物が結晶するので，「不連続反応系列」と呼ばれます． （逆に温度を上げて斜方輝石を溶かすと，カンラン石＋マグマになります．これは 「分解溶融」と呼ばれます．）

　マグマは，いろいろな成分が混ざった複雑な液体なので，それが結晶化するときに はいろいろと不思議なことが起きます．水が０℃で氷になるような，単純な結晶化と はだいぶ違います．
　(07/12/01)

石渡　明（金沢大学・理学部・地球学科）

にらいかない:中学校教員:３７

　最近では，水の存在によって岩石の融点が下げられているという説のほうが一般的 です． 地下の高い圧力のもとでは，水が豊富に存在すると岩石の融点は数百度も低下します． 地下100kmあたりのマントルの平均的温度は1300〜1400度程度で，水が存在しない 場合には，マントルの岩石は融けることはありません．しかし沈み込んだ海洋プレー トから 脱水によって大量の水が供給されると，岩石は容易に融けることができるのです．

　島弧で噴出しているマグマについては，海洋プレートの真上のマントルの岩石が融 けてできた ものの関与と，沈み込んだ海洋プレートの海洋地殻部分が融けてできたものの関与と が認識され ていますが，いずれにせよ，岩石の融解には海洋プレートから放出された水が大きな 役割を担って いると思われます．

Q＆Aの#289にも多少関連することが書いてあるので，そちらもご覧ください．

　参考となる文献としては， ・岩波ジュニア新書　「大地の躍動を見る：新しい地震火山像」　山下輝夫編著 の第７章が最適だと思います．やや専門的になりますが， ・東京大学出版会　「沈み込み帯のマグマ学」　巽好幸著 にも詳しい説明が述べられています． （04/01/02）

安田　敦（東京大学・地震研究所・地球ダイナミクス）

小学6年生:なし:12

スコリアとは泡だった黒っぽいものです。白っぽい色のときは軽石（かるい し）とよばれます。それらがくだけて、こなごなになれば火山灰になります。 火山灰は別の原因でもできます（下の回答を参考にして下さい）。

カルデラができるにはいろいろな原因があります。地下にあったたくさんのマ グマが一度になくなったために、地面が落っこちてできることや、山が大きく くずれたり、噴火のときに火口付近がはでにふき飛ばされたりしてできること があります。カルデラの中にいつも湖ができるわけではありません。うまく水 がせき止められるとカルデラ湖ができます。

ふつうマグマがたまっているのは地下数キロメートルから十キロメートルの深 さですから、地上にはその熱がほとんど伝わってきません。カルデラができる ときに地上に噴出（ふんしゅつ）した溶岩や堆積物（たいせきぶつ）がまだ熱 いときには、水が蒸発して湖ができにくいこともあるかもしれません。高温の 火山ガスが吹き出しているところがあればその周辺だけちょっとだけあったか いかもしれません。大きなカルデラ湖ができるのは噴火からずいぶん時間がた っていることが多いので水は熱くないのがふつうです。でも、火山がふたたび 活発になってマグマが上昇してくれば、水が部分的にあたためられたり、蒸発 することもあるでしょう。
　（11/23/02）

中田節也（東京大学・地震研究所・火山センター）

☆おちょめ☆:中学生:15

いただいた質問には，大事な点が２つ含まれています．一つは物体が冷えるスピードは なにで決まるかということ，もう一つはマグマがどうやってできるかということです．

物体が冷えるためには，熱を逃がさなくてはなりません．この場合，表面積に比例して 熱が逃げていきます．一方，物体が持つ熱の総量は物体の体積に比例するので， 大きな物体ほどたくさんの熱を持っていることになります． ところで，物体表面積は物体のサイズの２乗に，体積はサイズの３乗に比例しますか ら， 結局のところ，大きな物体ほど冷めにくいということになります． カップに少し入れたお茶はすぐに冷めてしまうけれど，なみなみと注げばなかなか冷 めないということを 思い出してください．マグマの場合も同じことです． 地表に流れ出た厚さ数メートルの溶岩はすぐに冷え固まってしまいますが， 火山の地下にある直径数kmのマグマ溜まりが冷え固まるには数十万年が必要です．

次に，マグマがどうやってできるのか． マグマは岩石がとけてできたものです．ではどのような場合にとけるかというと， （１）温度が上がった場合，（２）圧力が下がった場合，（３）融けやすい別の物質 が混ざった場合，です． 「圧力が下がった場合」というのは少しわかりにくいかもしれませんが，たいていの 物質では 物質のとける温度は圧力が高いほど高くなっていきます．例えば岩石の場合も地下 100km（圧力3万気圧）で 1200度では岩石は固体のままですが，その温度を保ったまま大気圧下に持ってくると どろどろにとけてしまいます．

地球の46億年の歴史のなかでは地球のどこかでは常にマグマが存在しています． 地球ができる際には幾つもの微惑星が地表に降り注ぎました．この時には衝突のエネ ルギーで 地表には煮えたぎるマグマの池やマグマの海ができたと考えられています．これは（ １）のケースです． 一方，現在の地球でのマグマのでき方を考える場合に重要となるのはおもに上記の（ ２）と（３）の場合です． マグマができる場所は主として，海嶺，ホットスポット，沈み込み帯の３カ所ですが ，海嶺とホットスポットの場合には（２）の圧力低下がマグマのできる主要な原因で す．これに対し，日本のような沈み込み帯の火山の場合には， 沈み込むプレートによってマントル内に水が供給されて，この水の存在によって岩石 の融点が下がることも重要なので （３）もマグマの生成に効いてきます． 地球はとてもゆっくりしか冷えないので，現在の地球の表面温度は20度くらいですが， 今でも地下深くではでは温度が1000度を越えています．でも地下深い所すべてがどろ どろに とけたマグマになっているわけではありません．外核と呼ばれる深さ2900kmから 5100kmの領域を除けば 地球の内部はほとんど固体です．ではどうしてマグマが作られるかというと， マントル対流やプルーム活動によって固体状態の地球の中の方の岩石が地表近くに上 がってきた際に 圧力が低くなることが効いて岩石が融けてしまい新たにマグマが作られるのです． マントル対流やプルーム活動は地球内部の熱を効率よく外に放出するための しくみです．だから地球の内部が十分に熱いうちはマントル対流やプルーム活動が起 きて， それに伴って次々とマグマも作られ続けていくのです． （Mar-07/2003）

安田　敦（東京大学・地震研究所・地球ダイナミクス）

アマンタジン:医師:28

日本列島のような沈み込み帯の火山は，SiO2成分が多い安山岩，デイサイト質マグマ の噴出が多く，玄武岩質マグマだけを噴出している火山は少ないです．この特徴は世 界中の沈み込み帯の火山に共通して見られますが，より詳しく調べてみると，沈み込 み帯の島弧地殻や大陸地殻が厚ければ安山岩質マグマが卓越し，薄ければ玄武岩質マ グマが卓越する傾向があることが知られています．伊豆大島や三宅島がある伊豆-小 笠原弧は，大部分が海底にあることからわかるように，島弧地殻の厚さが本州などに 比べて薄く，玄武岩質マグマが多く噴出する島弧の一つです．

マントルが溶けてできる初生マグマは大部分が玄武岩質マグマであると考えられてい ます．島弧に玄武岩質マグマの火山が少ないのは，島弧に安山岩質マグマの火山がな ぜ多いのかということにつながります．安山岩質マグマの成因として，地殻内のマグ マ溜まり内での玄武岩質マグマの結晶分化作用や，地殻が玄武岩質マグマの熱で溶け てできたSiO2の多いマグマと玄武岩質マグマの混合などが挙げられます．いずれも地 殻が厚ければより容易に安山岩質マグマを作りやすくなるのが理由と考えられていま す．

富士山の地下では，地殻下部が構成する沈み込んでいるフィリピン海プレートが富士 山の直下で裂け，そこを埋めるようにマントルから玄武岩質マグマが上昇しやすくな っているという考えがあります．つまり局部的に地殻が薄くなっているのと同じこと が起きているというわけです．富士山の場合，開いていくことで強制的にマントル物 質が上昇することもあって，大量の玄武岩質マグマが地表に噴出していると考えられ ます．
　（03/5/20）

川邉禎久（産業技術総合研究所・地球科学情報部門） --

公務員:社会人:53

さて，こういったカンラン岩が融解してマグマを発生する場合には，程度の差こそあれどの鉱物も融解しています．発生したマグマは結果的には融解の程度が 高くなる（マグマの量が多くなる）につれてＳｉＯ2の重量％が乏しくなりますが，これは融解した鉱物の量比に依存するのであってどれか特定の鉱物のみが 融解した結果ではありません．例えば，カンラン石，斜方輝石，単斜輝石，スピネルという鉱物組み合わせをもった平均的な組成のカンラン岩の場合，マグマ の発生領域ではマグマの量が増加するにしたがって

＜カンラン石，斜方輝石，単斜輝石，スピネル，マグマ＞→ ＜カンラン石，斜方輝石，単斜輝石，マグマ＞→ ＜カンラン石，斜方輝石，マグマ＞→ ＜カンラン石，マグマ＞

のようにマグマと共存する鉱物の組み合わせが変化します．この時にもカンラン石はマグマに融けていますが，融けにくい鉱物であることと元々の量が多いこ とから結果的に最後まで残る鉱物になっています．

ちなみに，これらの鉱物の化学組成を見ると，スピネルはAl酸化物，Mg酸化物，Fe酸化物を主体とする鉱物であって，SiO2はほとんど含まれていま せん． 単斜輝石のSiO2の重量％は温度や圧力によって異なりますが，51-54重量％程度が普通です．いっぽう，斜方輝石のSiO2の重量％も温度や圧力に よって異なりますが52-57重量％程度が多く，単斜輝石よりもややSiO2成分に富んでいる場合が多いようです．カンラン石のSiO2の重量％は 40％程度です． （01/08/2004）

安田　敦（東京大学・地震研究所・地球ダイナミクス）