[S-VC32] 火山噴火のダイナミクスと素過程

[SVC32-07] 高結晶量マグマからの気相・メルトの分離プロセス：マグマ溜まり内での段階的減圧のケース

*小林 昌樹¹、奥村 聡¹、星野 真人²、上杉 健太朗²、佐々木 理³ (1.東北大学大学院理学研究科地学専攻、2.高輝度光科学研究センター、3.東北大学総合学術博物館)

キーワード：クリスタルマッシュ、相分離、減圧、結晶フレームワーク、気泡成長

カルデラ噴火はマッシュ状マグマ溜まりと呼ばれる高結晶量のマグマ溜まりから，高結晶量のみならず低結晶量のマグマを噴出することがある．メルトを分離させ，低結晶量のマグマを形成するメカニズムの一つとして，Gas driven filter pressingが提案されている（e.g., Anderson et al., 1984; Sisson and Bacon, 1999; Pistone et al., 2015)．このメカニズムでは高結晶量マグマ中での気泡形成に伴いメルトが吐き出されることで，メルト分離が起こる．しかしながら，減圧発泡によってそのプロセスが進行しメルトを分離できるか，そしてそれはどの程度であるのかについては十分に調べられていない．そこで本研究では，50 vol%の結晶量の流紋岩質マグマを用いて減圧発泡実験を行い，メルトの分離プロセスについて調べた．出発物質は流紋岩ガラスとコランダム結晶（100メッシュ）を体積比１：１で混合したものである．これを実験条件で飽和する量の水と一緒に金チューブに封入し外熱式水熱装置で減圧発泡実験を行った．実験はすべて800℃の温度で行い，10 MPa/hの平均減圧率で100 MPaから20 MPaまで減圧した．減圧は段階的に行い，各減圧ステップにおける減圧量を0, 5, 10, 20, 40, 80 MPaとした．つまり，各ステップにおける保持時間は，0, 0.5, 1, 2, 4, 8時間である．ここで段階的減圧を行った理由は，カルデラ崩壊が段階的に進行した場合を模擬するためである．回収した実験試料内の気泡と結晶の組織はマイクロX線CTを用いて観察し，得られたCT画像より気泡・結晶の体積分率及び連結度を測定した．
実験の結果，段階的減圧の各減圧ステップの減圧量が20 MPaよりも大きい場合には，気泡は結晶フレームワークから分離されることなくマグマ内に保持され，そしてそれが成長することで結晶フレームワークが崩壊することが分かった．一方，減圧量が10 MPaよりも小さい場合には，気泡とメルトは結晶がフレームワークを作っている領域から浸透流で分離した．これらの結果は，結晶量50 vol%のマグマにおいて結晶が等方的な形状を持つ場合，結晶はフレームワークを形成し，その強度が20 MPa程度であることを意味する．この強度は結晶量や結晶の形状に依存すると考えられることから，結晶量や形状が異なる場合には，気泡分離と保持を決定づける減圧量も変化するかもしれない．本実験の結果は，マッシュ状マグマ溜まり内で減圧量の小さな段階的減圧が繰り返されることで発泡と気泡の分離が発生し，それがメルト分離を誘発する可能性を示唆する．この減圧に伴う数mmスケールでのメルト分離により，高結晶量領域とメルトチャネルの形成が進み，それにより大きなスケールで分離が進行するかもしれない．