[S-VC46] 火山噴火のダイナミクスと素過程

[SVC46-P09] 巨大噴火前に地殻に蓄積し得るマグマ体積の上限の推定

*藤田 詩織¹、清水 洋² (1.九州大学大学院理学府地球惑星科学専攻、2.九州大学大学院理学研究院附属地震火山観測研究センター)

キーワード：巨大噴火, マグマ蓄積, 地殻, ひずみ, 応力, カルデラ

一回の噴火で数100km³のマグマを噴出するような巨大噴火は、カルデラの形成を伴い、日本全体では1万年に一回程度の頻度で発生してきた。これだけのマグマを噴出するためには、噴火前にそれ以上のきわめて大量のマグマを地殻内に蓄積する必要があるが、マグマ溜まりの深さや形状、マグマ蓄積率などによって、地殻が力学的にどれだけのマグマを蓄積し得るのかについては、これまでほとんど考察がなされていない。

過去の巨大噴火のマグマ噴出量から推定される長期的なマグマ蓄積率は0.001-0.01km³/yrと推定されるが、Druitt et al. (2012)はSantorini火山の斜長石中のMgの組成解析から、噴火前100年程度の短期間で約10km³の大量のマグマが蓄積した可能性を示した。これは、0.05-0.1km³/yrという極めて大きなマグマ蓄積率を意味するが、このような大きなマグマ蓄積率は、近年いくつかの火山において観測されている。例えば、Chang et al.(2010)は、Yellowstoneカルデラにおいて、GPSとInSARを用いた地殻変動観測から、2005-2008年に0.06-0.07km³/yrのマグマ蓄積率を得ている。　また、ボリビアのUturuncu火山においても、InSAR観測から0.03km³/yr (1994-2004年)のマグマ蓄積率が推定されている（Sparks et al.，2008）。これらの研究結果は、少なくとも数年〜100年程度の短期間に急速にマグマが地殻内に上昇・蓄積する場合があることを示している。地殻を粘弾性体と考えた場合の応力緩和時間ははるかに長いことから、このような急激なマグマ蓄積による地殻の応答は弾性体の変形として扱うことができる。

そこで、本研究では、まず地殻の応力緩和時間よりも短時間にマグマが蓄積する場合に地殻内に蓄積し得るマグマ量について推定する。マグマ溜りの深さ・形状・体積を様々に変えた場合の地殻の変形、ひずみや応力を計算し、地殻の限界ひずみと比較する。マグマ溜りの形状は球状、ダイク、シルなどを想定し、10数kmから数kmの深さにマグマ溜りを仮定して考察する。ひずみの計算には、主にOkada(1992)による弾性体の地殻変動計算モデルを使用する。

マグマ蓄積率が大きく、地殻を完全弾性体と見なせる場合について、深さ10kmに体積変化量10km³の球状のマグマだまりを置くと半径約30km内の範囲でひずみの値は地殻の限界ひずみである10^-4を超えることが分かった。この結果は、深さ10kmの球状マグマ溜りの場合は、10km³蓄積する前にマグマ溜り周辺の地殻は降伏して塑性変形するか、脆性破壊が発生することを示唆する。