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[SVC29-01] 北海道東部，屈斜路火山40 ka噴火（Kp I）からみる水蒸気プリニー式噴火の発生機構：マグマー外来水の接触条件について
キーワード：マグマ水蒸気噴火、水蒸気プリニー式噴火、火山豆石、カルデラ、屈斜路火山
水蒸気プリニー式噴火の噴出物は大量の細粒火山灰が主体で，給源近傍から数十~数百km以上遠方まで広域に拡散し，火山豆石を含むなどの特徴を示すため，軽石を主要な構成物とするプリニー式噴火とは区別される（Self and Sparks, 1978）．しかしながら，水蒸気プリニー式噴火は有史時代における観測事例はなく，噴出物の特徴のみから噴火様式が認定されており，その発生機構は不明な点が多い．本研究では，国内の噴火事例で水蒸気プリニー式噴火をともなったと認定できる屈斜路火山の40 kaカルデラ形成噴火（Kp I）を対象に，水蒸気プリニー式噴火の発生機構，特にマグマ－外来水の接触・破砕様式について検討した．
Kp I 噴火堆積物の層序は，下位より Unit 1~Unit 7 に区分される（柴田・長谷川，印刷中）．Unit 1, 3, 5 は降下軽石層であり，上位ほど軽石の粒径と見かけ密度が大きくなる傾向がある（Unit 5で，模式地の最大粒径5 cm，最大密度1.31 g/cm3 ）．Unit 2, 4, 6 は大部分が火山豆石を含むシルトサイズの火山灰からなり，上位ほど破砕度が高くなり，F2（1/16 mm以下の粒子重量%）はUnit 6で90%以上を占める．Unit 1~Unit 6は上位ほど層厚・分布ともに増大し，降下軽石層は降下火山灰層よりも薄い．また，淡水生の渦鞭毛藻（Ceratium hirundinella）の化石がしばしば認められる． Unit 7 は軽石流堆積物で，屈斜路カルデラ周辺に火砕流台地を形成する．これらの総噴出量は約 130 km3 と見積もられ，このうち降下軽石層（Unit 1, 3, 5），降下火山灰層（Unit 2, 4, 6）の噴出量はそれぞれ1.6 km3，52 km3と見積もられる．また，降下火砕物ユニット（Unit 1~Unit 6）に含まれる火山ガラス（124～63 μm）の形状を，町田・新井 (2003) をもとに発泡自破砕型（マグマ破砕型）と急冷破砕型（マグマ水蒸気破砕型）とに分類・カウントした．その結果，急冷破砕型の火山ガラスは全ユニットに共通して含まれ，そのカウント比はUnit 6で最大（46 %）となることがわかった．
降下軽石であるUnit 1, 3, 5は規模の増加に伴い上方粗粒化するのに対し，降下火山灰であるUnit 2, 4, 6は上位（規模が大きい）ユニットほど礫サイズ以上の粒子が少なく，より細粒物に富む傾向がある．Unit 2, 4, 6では粗粒な軽石を生産するようなプリニー式噴火とは異なる破砕様式，つまりマグマ－外来水の相互作用による破砕が大きく働いていたことが示唆される．一般に，珪長質マグマは含水量が高く，発泡破砕深度が深い（1, 000 m程度）とされている（例えば，Zhang, 1999）．このような珪長質マグマにおいて，発泡自破砕型の火山ガラスを生成しつつ，急冷破砕型の火山ガラスも生成するためには，火道を上昇するマグマが部分的に外来水と接触するシステムが必要であろう．地下の帯水層を貫くような火道（例えば，Allen and Cas, 1998; Aravena et al, 2018）では，上昇するマグマの側面で帯水層との接触・急冷破砕が生じ，中心部では外来水と接触することなく発泡破砕が生じるシステムが説明可能である．この場合，帯水層からの外来水の流入の程度は，火道を上昇するマグマの内圧に依存し，火道内圧力が帯水層圧力を下回る場合，マグマ水蒸気噴火が発生すると考えられている（Aravena et al, 2018）．降下軽石ユニット（Unit 1, 3, 5）のような小規模なプリニー式噴火の特徴は，火道内でのマグマ流量の瞬間的な増加によって，火道内圧力が帯水層圧力を上回ったため，外来水の関与が急減した結果と考えられる．屈斜路火山の活動史に目を向けると，400 kaからカルデラ形成活動を開始し，最大規模であった120 kaのKp IV噴火で現在のカルデラの大枠が形成されたと考えられている（Hasegawa et al., 2016）．繰り返されるカルデラ形成噴火によって，Kp I噴火当時の屈斜路カルデラ盆内には火砕物やその再堆積物が厚く堆積し，巨大な帯水層として，火道を上昇するマグマに外来水を供給する役割を果たしていた可能性がある．現在の屈斜路カルデラでも，重力異常からカルデラ盆を埋める直径約10 km，深さ4 km近い巨大な低密度層（2,090 kg/m3）の存在が示唆されている（Ichihara et al., 2009）．水蒸気プリニー式噴火は，このようなカルデラ構造をもつ火山に特有の噴火様式であることが示唆される．
Kp I 噴火堆積物の層序は，下位より Unit 1~Unit 7 に区分される（柴田・長谷川，印刷中）．Unit 1, 3, 5 は降下軽石層であり，上位ほど軽石の粒径と見かけ密度が大きくなる傾向がある（Unit 5で，模式地の最大粒径5 cm，最大密度1.31 g/cm3 ）．Unit 2, 4, 6 は大部分が火山豆石を含むシルトサイズの火山灰からなり，上位ほど破砕度が高くなり，F2（1/16 mm以下の粒子重量%）はUnit 6で90%以上を占める．Unit 1~Unit 6は上位ほど層厚・分布ともに増大し，降下軽石層は降下火山灰層よりも薄い．また，淡水生の渦鞭毛藻（Ceratium hirundinella）の化石がしばしば認められる． Unit 7 は軽石流堆積物で，屈斜路カルデラ周辺に火砕流台地を形成する．これらの総噴出量は約 130 km3 と見積もられ，このうち降下軽石層（Unit 1, 3, 5），降下火山灰層（Unit 2, 4, 6）の噴出量はそれぞれ1.6 km3，52 km3と見積もられる．また，降下火砕物ユニット（Unit 1~Unit 6）に含まれる火山ガラス（124～63 μm）の形状を，町田・新井 (2003) をもとに発泡自破砕型（マグマ破砕型）と急冷破砕型（マグマ水蒸気破砕型）とに分類・カウントした．その結果，急冷破砕型の火山ガラスは全ユニットに共通して含まれ，そのカウント比はUnit 6で最大（46 %）となることがわかった．
降下軽石であるUnit 1, 3, 5は規模の増加に伴い上方粗粒化するのに対し，降下火山灰であるUnit 2, 4, 6は上位（規模が大きい）ユニットほど礫サイズ以上の粒子が少なく，より細粒物に富む傾向がある．Unit 2, 4, 6では粗粒な軽石を生産するようなプリニー式噴火とは異なる破砕様式，つまりマグマ－外来水の相互作用による破砕が大きく働いていたことが示唆される．一般に，珪長質マグマは含水量が高く，発泡破砕深度が深い（1, 000 m程度）とされている（例えば，Zhang, 1999）．このような珪長質マグマにおいて，発泡自破砕型の火山ガラスを生成しつつ，急冷破砕型の火山ガラスも生成するためには，火道を上昇するマグマが部分的に外来水と接触するシステムが必要であろう．地下の帯水層を貫くような火道（例えば，Allen and Cas, 1998; Aravena et al, 2018）では，上昇するマグマの側面で帯水層との接触・急冷破砕が生じ，中心部では外来水と接触することなく発泡破砕が生じるシステムが説明可能である．この場合，帯水層からの外来水の流入の程度は，火道を上昇するマグマの内圧に依存し，火道内圧力が帯水層圧力を下回る場合，マグマ水蒸気噴火が発生すると考えられている（Aravena et al, 2018）．降下軽石ユニット（Unit 1, 3, 5）のような小規模なプリニー式噴火の特徴は，火道内でのマグマ流量の瞬間的な増加によって，火道内圧力が帯水層圧力を上回ったため，外来水の関与が急減した結果と考えられる．屈斜路火山の活動史に目を向けると，400 kaからカルデラ形成活動を開始し，最大規模であった120 kaのKp IV噴火で現在のカルデラの大枠が形成されたと考えられている（Hasegawa et al., 2016）．繰り返されるカルデラ形成噴火によって，Kp I噴火当時の屈斜路カルデラ盆内には火砕物やその再堆積物が厚く堆積し，巨大な帯水層として，火道を上昇するマグマに外来水を供給する役割を果たしていた可能性がある．現在の屈斜路カルデラでも，重力異常からカルデラ盆を埋める直径約10 km，深さ4 km近い巨大な低密度層（2,090 kg/m3）の存在が示唆されている（Ichihara et al., 2009）．水蒸気プリニー式噴火は，このようなカルデラ構造をもつ火山に特有の噴火様式であることが示唆される．