17:15 〜 18:45
[SVC31-P07] 最小規模のカルデラ形成噴火の噴火準備過程：南九州，池田カルデラの例
キーワード：池田カルデラ、カルデラ形成噴火、噴火準備過程、ファンネル型カルデラ、カルデラ陥没、軽石
池田カルデラ噴火は，6400年前に南九州，池田火山で発生した最小規模のカルデラ形成噴火である．この噴火の総噴出量は～5 km3(VEI5) と見積もられており(稲倉ほか, 2014)，VEI6に達していない最小規模のカルデラ形成噴火である．このような噴火のプレ噴火過程を明らかにすることは，噴火がカルデラ形成に発展するかしないかの閾値条件の制約につながる．そこで本研究では，池田カルデラ噴火の噴出物の層序記載とサンプリングを行い，先駆的なプリニー式噴火の降下軽石(池田降下軽石) と火砕流(池田火砕流) の主要な構成物である白色軽石について，岩石組織観察と鉱物・ガラスの化学分析を行った．そして，その結果に基づき，池田カルデラ噴火の噴火準備過程とカルデラ形成条件について検討した．
池田降下軽石をその粒度や外来岩片の量などに基づき，粒度がやや細粒なユニット1，粗粒な外来岩片が目立つユニット2，粗粒な軽石が分厚く堆積するユニット3に区分した．白色軽石中には，斑晶として，斜長石(～15vol％)，石英(～3vol％)，角閃石(～2vol％)，斜方輝石(～1vol％)，Fe-Ti酸化物(～1vol%) が含まれており，ユニット間で構成鉱物の変化は認められない．石基(～78vol%) はガラス質で，マイクロライトは見られない．Fe-Ti酸化物には平衡関係にある磁鉄鉱とイルメナイトの2相が確認できた．
磁鉄鉱のXusp[=2Ti/(Ti+Fe3+)] とイルメナイトのXilm[=2Ti/(Ti+Fe3+)] はそれぞれ，～0.21と～0.85で，ともにサンプル・分析点によらず，それぞれ均質な組成を示した．角閃石の化学組成は，測定した斑晶粒子の96%がSi～7(apfu)，Mg/(Mg+Fe2+) ～0.85の狭い範囲に収束し，Magnesiohornblende組成を示した．石基ガラスと石英中のメルト包有物の化学組成はどちらも狭い範囲に収束し，同じ流紋岩質組成(SiO2量～79wt%) を示した．Fe-Ti酸化物の平衡温度とfo2条件は，サンプル・分析点によらず，温度～773℃，fO2～10-13bar，ΔQMF～2.2であった．この平衡温度とメルトの化学組成からH2O飽和斜長石リキダス温度計を適用して求めた圧力とメルト含水量はそれぞれ～220 MPa，～6.7wt%である．この圧力は地殻密度～2700 kg/m3と仮定した場合，深さ～8.3 kmに相当する．また角閃石温度計・メルトSiO2計から求められる温度・SiO2量は，Fe-Ti酸化物の平衡温度と石基ガラスの実測値，含水量の見積もり値と整合的であった．以上の結果から，一連の噴火でマグマのプレ噴火条件は変化せず，噴火の様式や強度の変化は火道上昇過程の違いを反映していると考えられる．
Geshi et al. (2014) ではピストンシリンダー型のカルデラの場合，カルデラ陥没に必要な閾値噴出量をカルデラ天板の幅とマグマ溜まりの深さの関数として，モデル化している．このモデルを池田カルデラで求められた条件に当てはめた結果，カルデラ形成に必要な閾値噴出量として，実際の噴出量の倍以上大きい値が見積もられた．この矛盾が生じた原因として，マグマ噴出量の見積もりが過小評価されている可能性と，Geshi et al. (2014) のモデルが，ピストンシリンダー型カルデラ以外のカルデラには適用できない可能性が考えられる．そこで，後者の可能性を検討するため，先行研究 (Roche, 2000) に基づき，カルデラ幅/マグマ溜まり深度比から池田カルデラのタイプを検討したところ，ファンネル型カルデラに区分された．また他のカルデラ噴火についても同様の方法で閾値噴出量を見積もったところ，ファンネル型カルデラでは，その総噴出量がカルデラ形成の閾値噴出量を下回る結果となった．このことから，ファンネル型カルデラはピストンシリンダー型に比べて，より少ない噴出量でカルデラ陥没を起こす可能性が示唆された．
池田降下軽石をその粒度や外来岩片の量などに基づき，粒度がやや細粒なユニット1，粗粒な外来岩片が目立つユニット2，粗粒な軽石が分厚く堆積するユニット3に区分した．白色軽石中には，斑晶として，斜長石(～15vol％)，石英(～3vol％)，角閃石(～2vol％)，斜方輝石(～1vol％)，Fe-Ti酸化物(～1vol%) が含まれており，ユニット間で構成鉱物の変化は認められない．石基(～78vol%) はガラス質で，マイクロライトは見られない．Fe-Ti酸化物には平衡関係にある磁鉄鉱とイルメナイトの2相が確認できた．
磁鉄鉱のXusp[=2Ti/(Ti+Fe3+)] とイルメナイトのXilm[=2Ti/(Ti+Fe3+)] はそれぞれ，～0.21と～0.85で，ともにサンプル・分析点によらず，それぞれ均質な組成を示した．角閃石の化学組成は，測定した斑晶粒子の96%がSi～7(apfu)，Mg/(Mg+Fe2+) ～0.85の狭い範囲に収束し，Magnesiohornblende組成を示した．石基ガラスと石英中のメルト包有物の化学組成はどちらも狭い範囲に収束し，同じ流紋岩質組成(SiO2量～79wt%) を示した．Fe-Ti酸化物の平衡温度とfo2条件は，サンプル・分析点によらず，温度～773℃，fO2～10-13bar，ΔQMF～2.2であった．この平衡温度とメルトの化学組成からH2O飽和斜長石リキダス温度計を適用して求めた圧力とメルト含水量はそれぞれ～220 MPa，～6.7wt%である．この圧力は地殻密度～2700 kg/m3と仮定した場合，深さ～8.3 kmに相当する．また角閃石温度計・メルトSiO2計から求められる温度・SiO2量は，Fe-Ti酸化物の平衡温度と石基ガラスの実測値，含水量の見積もり値と整合的であった．以上の結果から，一連の噴火でマグマのプレ噴火条件は変化せず，噴火の様式や強度の変化は火道上昇過程の違いを反映していると考えられる．
Geshi et al. (2014) ではピストンシリンダー型のカルデラの場合，カルデラ陥没に必要な閾値噴出量をカルデラ天板の幅とマグマ溜まりの深さの関数として，モデル化している．このモデルを池田カルデラで求められた条件に当てはめた結果，カルデラ形成に必要な閾値噴出量として，実際の噴出量の倍以上大きい値が見積もられた．この矛盾が生じた原因として，マグマ噴出量の見積もりが過小評価されている可能性と，Geshi et al. (2014) のモデルが，ピストンシリンダー型カルデラ以外のカルデラには適用できない可能性が考えられる．そこで，後者の可能性を検討するため，先行研究 (Roche, 2000) に基づき，カルデラ幅/マグマ溜まり深度比から池田カルデラのタイプを検討したところ，ファンネル型カルデラに区分された．また他のカルデラ噴火についても同様の方法で閾値噴出量を見積もったところ，ファンネル型カルデラでは，その総噴出量がカルデラ形成の閾値噴出量を下回る結果となった．このことから，ファンネル型カルデラはピストンシリンダー型に比べて，より少ない噴出量でカルデラ陥没を起こす可能性が示唆された．