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“Tの想い 1992” 2016.3.10

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2017.3.22

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比重差などにより形成される構造(Ring of Fire/diapir)
 
2017年4月18日 11時11分の記事





『マグマの地球科学―火山の下で何が起きているか』 より
(中公新書) 2008/鎌田浩毅


沈み込み帯の火山活動

プレートが沈み込む場所で起こる火山活動は
中央海嶺やリフトのような拡大境界に勝るとも劣らず活発

沈み込み帯でのプレート運動は二つのタイプに分けられる
 ・海洋プレートが別の海洋プレートの下にもぐりこむ場合
 ・海洋プレートが大陸プレートの下に沈み込む場合

別の海洋プレートに沈み込んだ場合 そこには火山が点々と現れ  「弧状列島」と呼ばれ 省略して島弧 とうこ ともいう
日本の周辺で言えば 伊豆七島から小笠原諸島に連なる火山島は 太平洋プレートがフィリピン海プレートの下に沈み込んでいる場所 46

海洋プレートが大陸プレートの下に沈み込むタイプでは
大陸の端に火山が点々と連なるという現象が起きる

「すなわち、ここでも沈み込まれたプレートである大陸の側で変化が生じるのである」

  このような地域は、「活動的大陸縁」(active continental margin)と呼ばれる。たとえば、南アメリカ大陸の西部にあるアンデス山脈がその代表例である。ここでは、火山地帯が南北何千キロメートルにもわたって、非常に細長く延びている。
  なお、海洋プレートと大陸プレートの境界は、必ずしも地震や火山が「活動的」であるとは限らない。たとえば、南北アメリカ大陸の大西洋沿岸を見てみよう。ここでは、プレートの一方が消費されて収束するということは起きていない。両者の境界に火山地帯ができることはない。ここは海洋プレートと大陸プレートとが接したまま何も起こらず、静かに移動してゆく場所なのである。
  このような場所は、火山や地震のない「受動的境界」と呼ばれる。先の活動的大陸縁に対して、「非活動的大陸縁」と言われることもある。アメリカ東海岸や西ヨーロッパで地震がきわめて少ないのは、そのためである。 47


火山の輪

「活動的大陸縁」 海洋プレートと大陸プレートの境界が
見事に火山で彩られているのは 太平洋

アラスカ 日本 ニュージーランド チリ カリフォルニア…
太平洋をぐるりと取り巻いていることから

「火山の輪」(Ring of Fire)という言葉まで誕生
日本語では「環太平洋火山帯」と訳されることもある

  ここには、島弧と活動的大陸縁の両方が含まれている。太平洋の北と西の縁では、弧状列島がいくつも連なっている。また、南北アメリカ大陸の西部では、カスケード山脈やアンデス山脈などが形成され、その上に活発な火山帯ができている(活動的大陸縁)。いずれも世界有数の火山地帯であり、われわれもその中に住んでいる。
 ここで、沈み込み帯の火山に少し注目してほしい。海溝から150〜200キロメートルほど離れた場所で、火山が点々と連なるように生じている。海溝と平行に火山が列をなして並んでいるのである。この列の中でもっとも海溝寄りの縁のことを、「火山フロント」(volcanic front)と呼ぶ。フロントとは前線という意味である。
  ここの火山の分布には、沈み込み帯だけに見られる特徴がある。すなわち、火山フロントを境として、海溝側(海の方)には火山がまったくない。それに対して、海溝と反対側には、火山フロントから離れてもまばらながら多くの火山が散在するのである。つまり、火山フロントを起点として、大陸側にのみ、マグマが生産されるのである。なお、大陸側のことを、背弧 はいこ 側とも言う。島弧の後ろ側に当たるからである。 48


火山フロントでは もっとも大量のマグマが噴出されている
火山フロントから遠ざかるにしたがい マグマの量は減る 傾向

 さて、火山フロントは、どこにでもできるのではない。火山フロントが海溝からどのくらいの距離にできるかは、島弧によって異なる。火山フロントの位置を決める要素に、「沈み込みの角度」と「沈み込みの速さ」というものがある。プレートが斜めに沈み込んでいる角度や速さが、問題だというのである。


(速度の異なる二つのプレートを考えてみる)

より速く沈み込んでいるプレートは より速いところまでプレートがもぐり込むことができる
その結果 速いプレートではそのプレートに沿って 深い場所でも地震が発生する

  このようなプレート境界の海底には、プレートに引きずられてより深い海溝が形成されている。たとえば、太平洋プレートは速く沈み込むので、非常に深い日本海溝を作っている。
  なお、マリアナ海溝のように、沈み込み速度はそれほど大きくないが、世界中でもっとも深い海溝を作る例もあり、理屈どおりにゆかないこともある。地球科学では物理学と異なり、残念ながらかならずと言ってよいほど例外がある。そうではあるが、大局的にはプレートに引きずられて深い海溝ができる、と理解していただければよいだろう。 49


沈み込む速さの違いは火山活動にも関わっている
マグマが単位時間当たりに生産される量を決めている

一般に沈み込み速度の大きいプレートではマグマの生産量が大きい
(生産とはある生産をするのにかかった時間で割った値)

たとえば太平洋プレートの沈み込む東日本はこの生産率が大きく 世界でも屈指の火山地帯となっている

  プレートの沈み込む角度と速度の二つのパラメーターを使うと、すべてではないが、典型的な火山活動の説明がつく。小さな事実の積み重ねによって、沈み込み帯で起きている現象がしだいに明らかになりつつあるのである。

島弧と活動的大陸縁とは何が異なるのか

伊豆大島や八丈島など伊豆七島のような島弧の火山活動と 
アンデスのような活動的大陸縁の間に 違いはあまりない

火山の高さは どちらもおよそ同じ

  ただし、島弧では、海底から火山としての全部の標高を、マグマの噴出によって作りあげている。これに対して、活動的大陸縁では、もともとある陸地の上に火山を乗せている。したがって、最終的な火山の標高は、ずいぶんと異なっている。
  アンデスのように、厚い大陸地殻の上で成長する火山では、山頂の標高が7000メートルにまで達することがある。一方、日本列島では富士山の3776メートルが最高である。 50


時間軸で火山を見る

一般に火山の活動は時間の経過によって強まったり弱まったりし
その時間変化は 数百万年といった長いスケールで起きている

  たとえば、新しくプレートが沈み込むと、火山活動はその後300万年ほどの期間に始まる。それから1000万年程度の長いあいだに活動を続け、そののち活動の終わりを迎える。このような一生が、プレート運動と火山活動のあいだに見られる。
  沈み込み帯では100キロメートルほどの深さで、マグマが一斉に発生する。岩石の一部が溶けるという現象が起こり、その隙間に液体のマグマが点々と生じる。これは「部分融解」と呼ばれる興味深い現象で、世界中の火山の地下ではかならず起こっている。
  部分融解を起こすためには、沈み込んだ海のプレートがかならず関与している。長いあいだ海水にさらされ水を含んだプレートから絞り出された流体が、上部にあるマントルを少しずつ溶かすというのだ。
  沈み込み帯でできる熱い液体マグマのきっかけが実は水にあるというのも、一見不思議な話である。わずかに溶けたマグマはそののち集積して、ゆっくりと地表まで上昇してゆく。 51
『マグマの地球科学―火山の下で何が起きているか』 より
(中公新書) 2008/鎌田浩毅


(火山体の地下のマグマだまりとダイアピルの様子を示す断面図)

ダイアピルが地上に向けて上昇し減圧すると ダイアピルは部融解を始める
A:ダイアピルがプレートの底で停止し、玄武岩の(黒つぶし)を分離する。
B:玄武岩マグマが地殻の底に達すると、一部はそのまま地表にまで達して噴火を起こし火山を作る。また、残りのマグマは地殻の下部に熱を与えて溶かし始める。その結果、デイサイトマグマ(網かけ)ができおる。
C:最初の玄武岩マグマと新たにできたデイサイトマグマとが混じり合って、安山岩からなる火山を作る。
D:最後にデイサイトのマグマがゆっくりと上昇し地上に達して噴火する。藤井嗣氏による。 84


部分融解が始まると 玄武岩の液体を含んだ固体のマントルは周囲の固体だけのマントルよりも密度が低くなる
物質の移動は密度が支配していると言ってもよい

玄武岩の液体と残った鉱物の塊全体に対して上向きの浮力が働く

この結果、この塊は一体となって、マントルの中を上昇し始める。塊全体が上に動くと圧力は下がり、部分融解がさらに進行し軽くなる。こうして固体の塊は ゆっくりと上昇しつづけると考えられている 84

 
ダイアピルの上昇

  このように部分融解によって生じた液体マグマを含んだ塊を、ダイアピル(diapir)と言う。ダイアピルとは、タマネギを探さにしたような形状のものをいう。ダイアピルはマントルの中を非常にゆっくりと上昇する。たとえて言えば、水糊の中に入った空気の泡が、静かに立ち昇るような様子である。
 岩石は高温高圧でも名前の上では固体だが、ゆっくりと時間をかければ変形する。よって、ダイアピルは周囲のマントルの中に押し入るようにして、地表に向かって徐々に移動する。
  たとえば、中央海嶺では2枚のプレートが拡大してゆくため、その隙間を埋めるようにマントルが上昇して部分融解を起こす。そして地下の裂け目を開くようにしてダイアピルが上昇するのである(第3章44ページ参照)。

中央海嶺のように張力が働いている場所のマグマは比較的上がりやすい
逆に地下で圧縮力を受けている場所では ダイアピルは時間をかけてじっくり押し上がってゆく

マントル中を上昇するダイアピルがプレートの基底部に近づくと 別の現象が起こる
ダイアピルはプレートを簡単に貫いて上昇することはできず 浮力を失ってプレートの底の少し手前で停まる 85

  というのは、ダイアピルに比べて密度が低く、また温度も低いプレートの中に入ろうとすると、ダイアピルは固まりかけて動けなくなってしまうのである。
 このような状態では、停止したダイアピルから液体のマグマが分離し始める。液体のマグマだけが、ダイアピルから離れてさらに上昇できるのである。この時の液体幕がの化学組成は、玄武岩である。
 玄武岩マグマはさらに上昇して地殻へと向かうのだが、これも地殻の最上部でたまってしまう。このあたりでは、玄武岩マグマの密度が近くの密度とほぼ等しくつくり合うため、マグマは上昇を止めるのである。 85

次に停滞しているマグマの熱は 近くの基底部を溶かし始める

そこで熱を与えられた地殻は マントルがしたのと同じように部分融解を起こして今度はデイサイトのマグマを作り出す

デイサイトとは流紋岩と安山岩の中間の化学組成をもつ火山岩

 なお、ここでは玄武岩マグマが熱を失うことなく、そのまま地上にまで上がって噴火を起こすこともある。その場合には地表で玄武岩の火山ができる。
 また、できあがったばかりのデイサイトと玄武岩マグマが混じって、安山岩のマグマができることがある。これがのちに地上にまで持ち上がり、安山岩マグマの噴火を引き起こす。これは、日本列島で頻繁にお見られる現象であるが、こうして日本には、安山岩の火山が数多くできあがるのである。
  さて、地殻の最下部に熱をすべて与えてしまった玄武岩マグマは、最後に固結する。この結果、反対に熱を十分に与えられたデイサイトマグマが地上にまでゆっくりと持ち上げられ、噴出することがある。デイサイトマグマは玄武岩マグマよりも密度が小さいので、このようなことがゆっくりと時間をかけて起きるのである。
  ここに述べたような多岐にわたるプロセスの結果、玄武岩の火山の上に安山岩の火山ができ、最後にデイサイトの火山が覆うというよく見かける火山体の姿ができあがる。世界中の火山で起きている現象を見事に説明したモデルである。 86

なお、右に述べた現象は、この順番で起きることもあるが、実際の火山体では、いくつかの組み合わせだけが起きながら形成されることも多い。 87

  ・

火山モデル

  ダイアピルとマグマの分離からは、現在の地上で見られるさまざまな化学組成の溶岩と火山体のなりたちを説明することができる。誰も地下のダイアピルを見たことのある人はいないのだが、前記のようなダイアピルの活動を仮定すると、多様な現象をうまく説明することができる。

 よって、ダイアピル仮説は、もっとも確からしい作業仮説として、火山学者の間で広く認識されている。このように、誰も知らない世界に仮設を立てて考えを進めてゆくことを、「モデルを立てる」もしくは「モデル化」という。
 同僚の専門家が納得するような理論的でシンプルなモデルを立てることは、科学者の大切な仕事である。良いモデルは、その後多くの研究者によって検証され、科学の進歩を生み出してゆく。

それは 理系の大学教員の公募要項に「モデル化ができる人」と入るほど重要な能力とされる 87

素粒子物理学から火山地質学まで まったく同じ構造で研究が進められている

  さて、地球を構成する物質が循環する際には、マグマの発生が大きな役割を果たしている。このとき地球科学では、物理や化学のさまざまな視点から現象をとらえることが多い。時に数理的に記述された世界は、生活に根ざした感覚からほど遠いかもしれない。
 このような場合には想像力を働かせて、抽象的な内容を実体験に近いイメージで置き換えてみれば腑に落ちる。たとえば、水糊の中を上昇する空気の泡のように、身近な実例を思い起こしていただくとよいだろう。地球科学でしばしば登場する物理と科学の内容を理解する時も役立つ大切なコツである。 88



中央海嶺と大陸リフトの火山活動

海洋底にはプレートが生産されている場所があり
そこでは地下から膨大な量のマグマが上昇し
プレートが左右へと広がってゆく
 
中央海嶺は 海底が拡大している場所なので「拡大軸」とも呼ばれ 中央海嶺は大西洋や太平洋などの海底に 総計6万キロメートルもの長さをもつ

 ここはマグマ生成という視点からみると地球上でもっとも重要な場所である。海洋底での火山の活動は海の下に隠されており簡単には見ることができないが、海底をくまなく探査することによって、その様子がしだいに分かってきた。 42

 地球上には、一部は陸上でも中央海嶺(拡大軸)の調査が可能なところがある。中央海嶺が陸上に現れたアイスランドや東アフリカである。ここで、地質構造や岩石の種類を、海の中の拡大軸よりもはるかにくわしく調査することができる。
 その他にも、海洋底の地殻が何千万年という時間をかけて大陸地殻の上に乗り上げた場所が、地球上にはたくさんある。たとえば、オフィオライト(ophiolite)と呼ばれる岩体がある。岩体とは、何キロメートルにもわたり特有の岩石がまとまって算出するものをいうのだが、オフィオライト岩体は、海洋プレートが沈み込もうとした時に、何らかの原因で陸側に乗り上げたものである。
  ここは陸上でも海洋地殻を手に取って調べることのできる珍しいばしょなので、地質学者にはたいへんありがたがられている。地中海のキプロスやアフリカのオーマンが有名で、遠く日本からも研究者が出かけてゆく。
  さて、プレートの拡大軸が国の真ん中を走っているアイスランドでは、大西洋中央海嶺が陸上に顔を出している。ここでは、1年に2センチメートルの速さで地面が東西に開いているのである。43

アイスランドは、もし、海岸の浸食がなければ、非常な勢いで領土を増やしてしまうことになる。日常からかけ離れた時間軸で考えると意外な姿が浮かび上がるのも、地球科学のおもしろい点である。 44

  このような拡大運動が起きている場所では、地震が頻繁に発生する。プレート拡大というのは、日夜たゆまず地下の岩石が割れ目を作っているからだ。マグマはここを通路として、地上に出て割れ目噴火を起こすのである。  なお、地表に達することができなかったマグマは、地中で割れた岩石の間に貫入し、地下の割れ目を埋めてゆく。これが固まったものは、岩脈と呼ばれている。岩脈の上方には、貫入の時や、固まる過程で表面に力が加わり、小さな地溝や割れ目が見られることがある。これもまた、地面が動きつづける地溝帯でできる特徴的な地形の一つである。 中央海嶺で貫入した岩脈には、地球の磁場が記録されている。地球には一個の大きな磁石の性質があり、このためコンパス(方位磁石)のNが北を向く。地球の歴史では、かつてNが南を向いていた時期が何十回もあり、これが海底の岩脈に逆向きの地磁気として保持されている。プレートの拡大に伴って、中央海嶺を中心にして、こうした変化が左右対称に記録されているのである。 44 

プレートの拡大運動は 割れ目噴火とも関係している
アイスランドの北部は地球上もっとも火山活動が盛んな地域で
約10年おきに玄武岩の溶岩を排出していて
さらに数百年に一回は 大きな噴火も

たとえば 10世紀に起きたエルドギア(Eldgja)火山の噴火では70キロメートルもの長さの割れ目から 大量の溶岩が噴出し
近世では 1783年にラカギガル(ラーキ)火山が 平行に延びたいくつもの割れ目から大噴火を起こしている

  大陸の中にできた拡大境界の一つである大陸リフトと呼ばれる大きな裂け目でも、割れ目噴火が見られる。アラビアの紅海から南へ下って、エチオピア、ケニア、タンザニアと続いている長大な溝である。これは東アフリカ地溝帯(East African Rift)とも飛ばれている。
  東アフリカのリフトが、このまま開いてゆくのかどうかは、まだ分からない。超大陸のパンゲアは、何億年もかけて割れつづけた結果、水がたまってついに大西洋になった。同様に、東アフリカでも、地質学者が考えるような途方もない時間がたつと、いずれ海が開いて大陸分裂の状況になるかもしれない。 45
  多くのリフトでは、開き始めてしばらくしたあとに、活動が不活発になるということがある。米国ニューメキシコ州にあるリオグランデ・リフト(Rio Grande Rift)は、このような例である。また、ヨーロッパを縦断するライン地溝(Rhine Graben)もそうだ。これらのリフトでは、数万年前までは火山活動が見られるのだが、活動の規模は現在低下傾向にある。
 さて、プレートの拡大によって、中央海嶺でマグマが供給されると、その他の地域で同量の物質が消費されなければならない。地球の表面積は一定であるからだ。
 
その釣り合いを取るのが 海洋と大陸の接する縁
海洋底が大陸の下にもぐり込み マントルの中へ消えてゆくのだ
日本列島で典型的に見られるような 沈み込み帯の形成
(もしくは ごくまれに オフィオライトのように 海洋底が大陸の縁辺部に乗り上げることも) 46


二つの大陸が衝突する時には大きな抵抗力が生ずる。大陸が衝突すると、褶曲や断層をたくさん作る。シーツのしわが巨大な規模で盛り上がったようなものである。

(たとえば ヨーロッパ・アルプスの山脈はヨーロッパ大陸とアフリカ大陸がゆっくりと衝突することにより形成された)
二つの」大陸がもっと速くぶつかり合うと、これとは少し別の減少が起こる。 52

『マグマの地球科学』


(47〜上のほうに記入中)



(17から)(23)


『マグマの地球科学』2008 P52〜「ヒマラヤはどうしてできたか」
のあたりは(今のところ記入にはいたらず)

高さなどは 変わったの?/HATENA
説が出まわらないことも含めた コピペ

…プレート説以外の研究には研究費が回らない…
…ヒマラヤ山脈の成り立ち…


※当初 上に貼った画や諸諸のことは下に移動


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世界の火山/分布状況

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岩塩ドーム「岩塩が、その上位に堆積した砕屑岩類との間の比重差によって、涙滴状または円柱状に上昇し形成した構造の総称」

ダイアピル : diapir 頁岩
岩塩のような塑性流動を起こしやすい地層が、上位に乗る地層の荷重を受けて、地層の割れ目などに沿って、上位層を押し上げて上昇することによってできるドーム状または背斜状の構造をいう。火山岩の貫入岩体もこのようなダイアピル状の構造を造ることがある。このうち岩塩ドームは集油構造の主要なものの一つとなっており、世界各地(北海、西アフリカ大陸棚など)で多数の油・ガス田の基本構造となっている。 weblio辞書

    *


画像:伊万里市歴史民俗資料館/rekimin.sagafan.jp/e357867.html

    *

玄武岩/Wikipedia より
…斑晶および石基として、有色鉱物である輝石・かんらん石、無色鉱物である斜長石等を含む。アルカリ玄武岩にはケルスート閃石(英語版)や金雲母を含むこともある。 玄武岩マグマを生じる上部マントルの部分溶融度が大きければソレアイト玄武岩(tholeiitic basalt)、部分溶融度が小さければアルカリ玄武岩(alkali basalt)となる。 …
…英語名 basalt の語源は、ギリシャ語の basanos(試金石の意味)に関係あるからとも、この岩石が豊富に産出されたヨルダン東部の地名 Bashan(聖書ではオグ王国とされているところ)に由来し「Bashan の石」の意ともいわれている。…  Wiki


    *

Wiki
大西洋中央海嶺 Mid-Atlantic Ridge


cs.kus.hokkyodai.ac.jp/sapporo/sozai/sozai.html
大西洋中央海嶺上のアイスランド/ギャウ(裂け目)
溶岩が流れた方向と垂直の割れ目/アイスランドの玄武岩柱状節理



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