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超巨大噴火の発生機構

超巨大火山はそれぞれのやり方で噴火する



巨大噴火とそれより小さな火山は違った機構で起こる。

Alexandra Witze

05 January 2014


Luca Caricchi
イタリアのストロンボリ島などの小さな火山噴火は溶けた岩石が地下に集まって生じた圧力によって進む。


ひどく巨大な火山噴火の頻度は科学者たちの予測より少ない。いま火山学者たちはその理由を説明できると考えている。超巨大噴火とそれより小さな噴火は根本的に違う過程で引き起こされるというのだ。

イタリアのストロンボリ島などの小さな火山は、溶けた岩石が地中深くから上昇して噴火し、その後地表へと噴き上がるのに十分な圧力が集まるまで地下のマグマ溜まりで止まる。しかし巨大火山――現在の米国西部にあるイエローストーン国立公園の地下で200万年前に噴火したものなど――のマグマ溜まりは大きすぎてマグマからの圧力では噴火を引き起こせない。

その代わりに、溶けた岩石が集積してその純粋な浮力が別の種類の圧力を生成し、それがマグマ溜まりの頂点を砕き開いて噴火が始まる、と研究者たちは報告している。

「本質的に2つの異なる噴火のトリガー機構を特定した――一つは最大で約500立方メートルのマグマの小さなもの、もう一つは超巨大噴火を生じさせることができるものだ」とジュネーヴ大学(スイス)の火山学者、ルカ・カリッチ(Luca Caricchi)は話す。

カリッチと彼の共同研究者たちは今日ネイチャー・ジオサイエンス誌(Nature Geoscience)にこのシナリオを記述した。

巨大噴火は、ひっきりなしの小さな噴火の数から単純に外挿した科学者たちの予測より地質記録に少ない。その違いの理由はサンプリングバイアスのため巨大噴火と小さな噴火が根本的に違うためかである。

カリッチらのチームはモデルを作ってシミュレーションし、上昇するマグマの熱からマグマ溜まりの頂点を砕くのに必要な力まで、噴火に至る多くの因子を研究した。小さな火山では、地下から上昇するマグマの圧力が噴火を引き起こすのに十分であることが確認された。「小さな風船への吹き込みに似ている――十分に速く吹き込めば破裂させることができる」とカリッチは話す。

しかしはるかに大きなマグマ溜まりにマグマを加えるのは熱気球にむなしく息を吹き込むようなものだ。その代わり、超巨大火山は莫大な量のマグマを集積する。マグマは周囲の岩石より密度が低くて浮力がある。カリッチによると、ある閾値でマグマ溜まりの中に十分なマグマが貯まると、その浮力は上部の岩石を割るのに十分な浮力を持ち、噴火を引き起こすという。

この考えは今日のネイチャー・ジオサイエンス誌に同時に発表された実験的研究によって支持されている。チューリッヒ工科大学(スイス)の地球科学者、ヴィム・マルフェ(Wim Malfait)とカルメン・サンチェス=バリャ(Carmen Sanchez-Valle)は多くの火山で見られるものに化学的に似た溶融岩石の密度を測定した。彼らはヨーロッパシンクロトロン放射光施設(フランス、グルノーブル)を使って地球内部の高圧高温を再現した。

密度の測定からマグマの浮力が決定された。「マグマ溜まりのマグマが大きくなると、浮力が効き始めてくる」とマルフェは話す。

カリッチらのチームは理論的に可能なマグマの大きさも算出した。未噴火のマグマ溜まりの最大サイズはその厚さと水平範囲のバランスに依存する。厚すぎるマグマ溜まりは噴火し、広すぎるマグマ溜まりはその縁で冷えて結晶化し始める。

可能な最大のマグマ溜まりは直径約90キロメートルで約35,000立方キロメートルのマグマを抱えるだろう、とカリッチは話す。それは知られている最大の噴火――2800万年前の現在のコロラド州にあるラ・ガリータカルデラ――のあいだに噴出したマグマの量の7倍だ。

元記事
Nature News
Supervolcanoes erupt by their own rules
Alexandra Witze 05 January 2014
Nature doi:10.1038/nature.2014.14460

原論文
Luca Caricchi, Catherine Annen, Jon Blundy, Guy Simpson & Virginie Pinel
Frequency and magnitude of volcanic eruptions controlled by magma injection and buoyancy
Nature Geoscience (2014) Published online 05 January 2014
doi:10.1038/ngeo2041

Wim J. Malfait, Rita Seifert, Sylvain Petitgirard, Jean-Philippe Perrillat, Mohamed Mezouar, Tsutomu Ota, Eizo Nakamura, Philippe Lerch & Carmen Sanchez-Valle
Supervolcano eruptions driven by melt buoyancy in large silicic magma chambers
Nature Geoscience (2014) Published online 05 January 2014
doi:10.1038/ngeo2042
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