地球物理学者によるハワイ島の火山見学案内３／はしもと303

地球物理学者によるハワイ島の火山見学案内 3

はしもと じょーじ

12（要旨）毎度おなじみ無保証の原稿である ．本稿に関連していかなる損害が発生したとしても，筆者は一切責任をとらない．

1. キラウエア・アップデート

るとは予想していなかったようである．
一方で，噴火の開始については，噴火の約 2 週間前2018 年 5 月上旬に始まったキラウエア（Kilauea）東に 出 た Volcano Watch（2018-04-19）[3] に“current

リフトゾーンでの噴火は，2018 年 8 月上旬に溶岩を地

circumstances indicate an increased likelihood of

上に噴き出すのを止めた．先々号（2018 年 6 月 25 日発

changes at Puu Oo in the coming weeks”
と書かれて

3

行）の遊星人 ではハワイ火山国立公園の見所を紹介

いて，数週間以内に噴火が始まる可能性があると考えした [1] のだが，原稿提出締切（4 月末）直後の 5 月上旬（Puu Oo）はキられていたことがわかる ．プウ・オオに東リフトゾーンで噴火が始まり，原稿が掲載される

ラウエアの東リフトゾーンにある火口である．プウ・

前にハワイ火山国立公園は閉鎖されてしまった．先号

オオに設置された傾斜計と GPS は，3 月半ば以降に山（2018 年 9 月 25 日発行）の遊星人では溶岩がばんばん

体が急速に膨張していることを示していて [4]，これ出ていると書いた [2] のだが，原稿提出締切（7 月末）直はプウ・オオの地下にあるマグマ溜まりの圧力が高ま後の 8 月上旬に東リフトゾーンの噴火は止まり，原稿っていることを示唆すると考えられた．過去 5 年間にが掲載される前に溶岩を噴き上げて溶岩チャネルをつおいて同様の現象が見られた 2014 年 6 月と 2016 年 5 月

くるような噴火は終わってしまった．とても間の悪いには，山体の膨張が観測された後，プウ・オオの山腹

45ことではあるが ，8 月 2 日にアメリカ地質調査所ハワに新しい火口が開いて溶岩が噴き出した．そして今回

イ火山観測所が出した Volcano Watch（2018-08-02）（2018 年）もまた山体の膨張が観測された後，新しい[3] に も，“Based on past eruptions and current geo-

火口が（プウ・オオからは 20 km ほど離れた場所に）
開

physical monitoring, it could continue for many

いて溶岩が噴き出した．

months to a few years.”と書かれており，噴火が止ま
1. 岡山大学理学部地球科学科
george@gfd-dennou.org
2. 前編 [2] の最後の節「次回予告？」は，編集長の指示によって追加されたものである（筆者が作成した最初の原稿にはなかった）．本稿（その 3）によって遊星人のページ数が増えたことの
責任は編集長にある．
3. 表紙に書かれた見出しは「地球科学者によるハワイ島の火山見学案内」となっていた．遊星人編集部は，筆者を“地球物理学者”
ではなく“地球科学者”と分類したようである．
4. 間が悪いのは全て遊星人の編集スケジュールのせいなのだが，これだけタイミングを計ったように裏目のイベントが発生してしまったのは，やはり筆者の日頃の行いが悪いせいなのかもしれないと少し弱気になる．

■2018遊星人Vol27-4.indd

303

キラウエアのように噴火頻度が高い場所においては，
繰り返し観測することで噴火前に現れるパターンを同定し，ある程度の噴火予測をすることが可能であると6言える ．もちろん，全てがわかっているわけではな
いので，予想外のことは起こりえるし，噴火を期待し
5. いちおう続きも書いておくと，“It is possible that the current
inflationary trend could end with no result.”
6. 噴火リスクの評価ができることは，火山見学の安全性を確保する上で重要なことである．ただし噴火リスクの全てを評価できているという保証はないので，不意打ちでいきなり噴火に遭遇する可能性はゼロではない．

2018/12/07

17:43:54

304

日本惑星科学会誌 Vol. 27, No. 4, 2018て火山見学に行ってみたけど空振りに終わる，というばれて，山頂下のマグマ溜まりの体積が減少したことことは十分にありえる．火山見学は，予定通りにはな

で引き起こされたと考えられている．実際に東リフト

らない可能性があることを理解した上で，ハプニング

ゾーンで溶岩の噴出が止まってから後，キラウエア山

7を楽しむくらいの気持ちで行くのがよいと思う ．
2018 年 5 月 11 日から閉鎖されていたハワイ火山国

頂のカルデラは陥没していない（Volcano Watch
2018-08-16 [3]）．

立公園であるが，約 4ヶ月ぶりの 2018 年 9 月 22 日に再陥没は連続的に進行するのではなく，がたっと落ち

開園し入場できるようになった [5]．ジャッガー博物て，しばらく止まり，またがたっと落ちて，しばらく館（Jagger Museum）， サ ー ス ト ン 溶 岩 チ ュ ー ブ

止まり，ということくり返す．2018 年 5 月半ばから 8（Thurston Lave Tube），キラウエア・イキ・トレイ

月頭にかけて，キラウエア・カルデラ内では 62 回のル（Kilauea Iki Trail），などなど，9 月 22 日現在で閉崩落があり，崩落と崩落の間の時間間隔はだいたい

鎖・通行不可になっている場所もあるが，公園内のか24-32 時間 であった．

なりの部分に入ることができる．溶岩の噴出が止まっ

11

陥没が段階的に生じる現象は 2000 年の三宅島の噴12 ，段階的な陥12陥没が段階的に生じる現象は2000 年の三宅島の噴火でも観測されていて，段階的な陥没を説明する物
火でも観測されていててから 2ヶ月も経過していないのに再開園しているの8は，すごいことであると思う ．

理モデルが提案されている[8]．そのモデルでは，マ[8]．そのモデルでは，マグマ溜まりとそれに接続
没を説明する物理モデルが提案されている
グマ溜まりとそれに接続する火道があって，火道は一する火道があって，火道は一塊の固体物質 (ピストン) で塞がれていると考える．火道を塞ぐ

2. キラウエア・カルデラの陥没

塊の固体物質（ピストン）で塞がれていると考える．火道を塞ぐピストンの運動方程式はピストンの運動方程式は
9カルデラ は火山の山頂部にある火口より大きい凹m

地地形である [6]．火口は大きくても直径 1 km くらい

d2 z= mg − F − pS 
dt2

（1）

(1)

ここで，z はピストンの変位，tは時刻，m はピストンということで，直径 2 km 以上の凹地地形をカルデラ
ここで，z はピストンの変位，t は時刻，m はピストンの質量，g は重力加速度，F はピス
10と呼ぶらしい ．凹地地形を形成する要因はひとつでの質量，g は重力加速度，F はピストンに働く摩擦力，はなく，大きな爆発で物が吹き飛ばされて形成される

p はマグマ溜まりの圧力，S はピストン
（火道）
の断面積，

トンに働く摩擦力，p はマグマ溜まりの圧力，S はピストン (火道) の断面積，である．

カルデラもあれば，大きな爆発がなく形成されるカルである．
最初にピストンは静止していて，マグマ溜まりから徐々にマグマが排出される状況を考え
デ ラ も あ る． キ ラ ウ エ ア と マ ウ ナ・ ロ ア（Mauna

2.1

最初にピストンは静止していて，マグマ溜まりからる．マグマ溜まりからマグマが排出されるとマグマ溜まりの圧力 p は下がり，静止摩擦で支Loa）のカルデラは後者である．

徐々にマグマが排出される状況を考える．マグマ溜ま

えきれなくなったところでピストンはマグマ溜まりに向かって落ちる
りからマグマが排出されるとマグマ溜まりの圧力 p(崩落は )．ピストンが落

マグマ溜まりの大きさ

下がり，静止摩擦で支えきれなくなったところでピス

ちると，ピストンが落ち込んだ分だけマグマ溜まりの体積が減少して，マグマ溜まりの圧力

今回（2018 年）の東リフトゾーンの噴火でも，噴火トンはマグマ溜まりに向かって落ちる
（崩落）
．ピスト

13 になるので，ピストンはすぐには止は上昇するが，落ち始めたピストンに働く摩擦は動摩擦に合わせてキラウエア山頂のカルデラ内で陥没が生じ，ンが落ちると，ピストンが落ち込んだ分だけマグマ溜

キラウエア山頂のカルデラは大きくなった（水平方向
まりの体積が減少して，マグマ溜まりの圧力は上昇す
まらない．ピストンが落ちるに従ってマグマ溜まりの圧力は上昇し，マグマ溜まりの圧力と13には広がらなかったが，部分的により深くなったので

るが，落ち始めたピストンに働く摩擦は動摩擦 にな

陥没部分の体積は増加した）．この陥没は，山頂の下るので，ピストンはすぐには止まらない．ピストンが動摩擦でピストンの自重を支えられるようになったところでピストンは止まる14 ．ピストンが落ちるに従ってマグマ溜まりの圧力は上昇し，マグマにあるマグマ溜まりから東リフトゾーンにマグマが運止まった後，マグマ溜まりから溶岩が排出されるとマグマ溜まりの圧力は低下するが，静止
溜まりの圧力と動摩擦でピストンの自重を支えられる

したピストンには静止摩擦が働くので，しばらくはピストンが落ちることはない．すなわち，
14ようになったところでピストンは止まる ．ピストン
7. 「期待してたのと違う」と言って筆者を責めてはいけません．
8. 筆者がこのようなことを書くと裏があるのではないかと勘ぐ
このモデルでは静止摩擦と動摩擦の差によって陥没が段階的に生じることを説明する．陥没が止まった後，マグマ溜まりから溶岩が排出されるとる人がいるかもしれないが，これには裏などない．裏があると疑った人は，少し反省してください．
T は次のようになる [8]．
が生じる時間間隔
9. カルデラ（caldera）はスペイン語で「鍋」を意味する．
11. Volcano Watch（2018-06-28）[3]によると，陥没の時間間隔は810. 火口とカルデラは大きさで分けられているが，その境目に時間から64時間，平均すると28時間．
2 (Fs − Fd ) V0
意味はない．例えば，アメリカでは直径 1 mile（1.6 km）以上
12. 2000 年の三宅島では，海面下で生じた溶岩の噴出が山頂の陥(2)T =をカルデラと呼ぶらしい [7]．1 mile を境目としているのは，没を引き起こしたとされている．
καS
もちろん切りがいいからである．ちなみに，火星のオリン
13. 一般に，動摩擦は静止摩擦よりも小さい．
ポス山（Olympus Mons）の山頂にあるカルデラの直径は約 70
14. 慣性があるので，マグマ溜まりの圧力と動摩擦と自重が平衡
ここで，Fs は静止摩擦，
Fd は動摩擦，V0 はマグマ溜まりの体積，κ はマグマの体積弾性率，km．これだけ大きさが違うものを同じカルデラと呼んでよいに達してもピストンはすぐには止まらない．もうちょっと落のか，素人さんは疑問に感じる．
ちてから止まる．
α はマグマ溜まりから排出される溶岩の流量，である．

122000 年の三宅島では，海面下で生じた溶岩の噴出が山頂の陥没を引き起こしたとされている．

13

一般に，動摩擦は静止摩擦よりも小さい．

14

慣性があるので，マグマ溜まりの圧力と動摩擦と自重が平衡に達してもピストンはすぐには止まらない．もうちょっと落ちてから止まる．

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304

6

2018/12/07

17:43:55

陥没が段階的に生じる現象は 2000 年の三宅島の噴火でも観測されていて12 ，段階的な陥没を説明する物理モデルが提案されている [8]．そのモデルでは，マグマ溜まりとそれに接続する火道があって，火道は一塊の固体物質 (ピストン) で塞がれていると考える．火道を塞ぐ
ピストンの運動方程式は地球物理学者によるハワイ島の火山見学案内３／はしもと
d2 z
m 2 = mg − F − pS(1)dt
表 1: カルデラの形成．

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表1 : カルデラの形成．

ここで，z はピストンの変位，t は時刻，m はピストンの質量，g は重力加速度，F はピス
2000 年 三宅島 2018 年 キラウエア
トンに働く摩擦力，p はマグマ溜まりの圧力，S はピストン (火道) の断面積，である．
28 hour
24 hour
崩落の時間間隔 T
最初にピストンは静止していて，マグマ溜まりから徐々にマグマが排出される状況を考え
マグマ溜まりからの排出流量 α50–100 m3/s *1
45 m3/s
る．マグマ溜まりからマグマが排出されるとマグマ溜まりの圧力 p は下がり，静止摩擦で支マグマ溜まりの体積 V0
5–10×1010 m3
4×1010 m3
えきれなくなったところでピストンはマグマ溜まりに向かって落ちる (崩落)．ピストンが落

文献[8], [3] 2018-06-28[8], [3] 2018-08-02[8]ピストンの密度 ρ2500 kg/m3
ちると，ピストンが落ち込んだ分だけマグマ溜まりの体積が減少して，マグマ溜まりの圧力[8]3000 m *2
ピストンの長さ Hは上昇するが，落ち始めたピストンに働く摩擦は動摩擦13 になるので，ピストンはすぐには止[9]*1 東リフトゾーンから噴出した溶岩の流量．
*2 マグマ溜まりの深さをピストンの長さとした．

まらない．ピストンが落ちるに従ってマグマ溜まりの圧力は上昇し，マグマ溜まりの圧力と動摩擦でピストンの自重を支えられるようになったところでピストンは止まる14 ．ピストンが* 東リフトゾーンから噴出した溶岩の流量．
止まった後，マグマ溜まりから溶岩が排出されるとマグマ溜まりの圧力は低下するが，静止

マグマ溜まりの圧力は低下するが，静止したピストン
が，かなり乱暴なことをやっていることを考えると，** マグマ溜まりの深さをピストンの長さとした．
したピストンには静止摩擦が働くので，しばらくはピストンが落ちることはない．すなわち，には静止摩擦が働くので，しばらくはピストンが落ち
こんなやり方で大外れとも言えない値が出たことは驚15

ることはない．すなわち，このモデルでは静止摩擦ときである ．
このモデルでは静止摩擦と動摩擦の差によって陥没が段階的に生じることを説明する．陥没
動摩擦の差によって陥没が段階的に生じることを説明が生じる時間間隔 T は次のようになる [8]．

する．陥没が生じる時間間隔 T は次のようになる [8]．

2.2

地震

（2）

キラウエア・カルデラ内で崩落が生じたときには，(2)
マグニチュードは 5 かそれ以上の地震が記録された．

ここで，Fs は静止摩擦，Fd は動摩擦，V0 はマグマ溜

地震のマグニチュード M と地震波として放出された

T =

2 (Fs − Fd ) V0
καSはマグマの体積弾性率，
ここで，Fs は静止摩擦，Fd は動摩擦，V0 はマグマ溜まりの体積，
κ Gutenberg-Richter
は，の式より
まりの体積，κはマグマの体積弾性率，αはマグマ
エネルギー
Eq の関係は，Gutenberg-Richter の式より
は， Gutenberg-Richterの式より
α はマグマ溜まりから排出される溶岩の流量，である．
溜まりから排出される溶岩の流量，である．
log10 Eq = 4.8 + 1.5M （3）
122000 年の三宅島では，海面下で生じた溶岩の噴出が山頂の陥没を引き起こしたとされている．
この式 2 を使って，キラウエアのマグマ溜まりの体
log10 Eq = 4.8 + 1.5M
813

一般に，動摩擦は静止摩擦よりも小さい．

14

崩落で発生した地震のマグニチュードを 5.2 とすると，そのエネルギーは4×10
慣性があるので，マグマ溜まりの圧力と動摩擦と自重が平衡に達してもピストンはすぐには止まらない．もう12積を推定してみる．表 1 に示したように，崩落の時間

(3)
(3)

崩落で発生した地震のマグニチュードを 5.2 とすると， 12J になる．
J になる．
そのエネルギーは 4 ×5.210とすると，そのエネルギーは
間隔 T は 2000 年三宅島と 2018 年キラウエアでほぼ同崩落で発生した地震のマグニチュードを
4×1012 J になる．

ょっと落ちてから止まる． じになっている．2018 年キラウエアで，マグマ溜ま
一方で，段階的な陥没を説明する物理モデルにおいて，ピストンが落ち込むときに解放さ一方で，段階的な陥没を説明する物理モデルにおい

一方で，段階的な陥没を説明する物理モデルにおいて，ピストンが落ち込むときに解放さて，ピストンが落ち込むときに解放される重力エネル
Eg はれる重力エネルギー
63ギー
フ ト ゾ ー ン か ら 噴 き 出 し た 溶 岩 の 量れる重力エネルギー
50-100 m /s
Eg E
はg は
Eg = mg · ∆z
(4)（[3] 2018-08-02）に等しいとすると，これもまた 2000
Eg = mg · ∆z
(4)

（4）

りから排出されたマグマの流量αは不明だが，東リ

年三宅島とほぼ同じになる．マグマの体積弾性率κは，ここで，∆z は 1 回の崩落におけるピストンの変位である．1 回の崩落におけるマグマ溜まり
ここで，Δz は 1 回の崩落におけるピストンの変位でどちらも玄武岩質マグマなので同じと思ってよいだろここで，∆z は 1 回の崩落におけるピストンの変位である．
1 回の崩落におけるマグマ溜まりの体積変化はう．火道の断面積 S とピストンに働く摩擦（静止摩擦S∆z で，これは崩落と崩落の間に排出されたマグマの体積 αT に等しいので，
一部（少数，多数，大多数?）の読者にとっては，1桁くらいずで，これは崩落と崩落の間に排出されたマグマの体積
αT に等しいので，の体積変化は S∆z15.
と動摩擦の差）の大きさ（Fs － Fd）の推定は難しいが，れているのに大外れと思ってないことが驚き，であるかもしれない．筆者は推定に用いたいくつかの不確定を考慮して「1S∆z = αT
(5)
桁しかずれてない」と評価したのだが，これは評価基準（目的）S∆z = αT(5)は同じであったと仮定してみる．そうすると，キラウに依存するので，同じ1 桁でも「1桁もずれちゃって全然ダメ」という評価になることもある．これくらいはいい，あれくら
103m と計算さエアのマグマ溜まりの体積は 5-10 × 10 また，ピストンの密度と断面積と長さをそれぞれ
ρ，S ，H とすると，ピストンの質量はいはダメ，そういう感覚をどこで身につけたのか思い出せな
また，ピストンの密度と断面積と長さをそれぞれ
ρ，S ，H とすると，ピストンの質量はいが，おそらくは大学院生のときに周囲の人々と会話していれる．キラウエア・カルデラの下やや南にあるとされるうちに身についたのだと思う．大学院に行くことで得られるマグマ溜まりの大きさは，いくつかの方法によって
m = ρSH(6)
る最も大事なものは，知らないうちに身についてしまうもの
10
3m = ρSH(6)の中にあるような気がする．京都大学の高橋淑子教授は「皮
0.3-2 × 10 m [9] と推定されている．この推定に比べ膚呼吸で入ってくる」という言い方をしているが，たぶん同ると式 2 を使った見積りはやや大きい値になっていると書くことができるので，解放される重力エネルギーの大きさはじものを指しているのだと思う．

ここではざっくり 2000 年三宅島と 2018 年キラウエアと書くことができるので，解放される重力エネルギーの大きさはEg = ρgHαT
Eg = ρgHαT■2018遊星人Vol27-4.indd

305

(7)
(7)

である．表 1 にある値を使って計算してみると，Eg はおよそ 4–8×1014 J となる．
である．表 1 にある値を使って計算してみると，Eg はおよそ 4–8×1014 J となる．
爆発または衝突によって発生する地震の規模について調べた研究 [10] によると，爆発・衝によると，爆発・衝爆発または衝突によって発生する地震の規模について調べた研究 [10]2018/12/07
17:43:55

log1010EEq q==4.8
4.8++1.5M
1.5M
log

(3)
(3)

崩落で発生した地震のマグニチュードを5.25.2とすると，そのエネルギーはとすると，そのエネルギーは4×10
4×101212JJになる．
になる．
崩落で発生した地震のマグニチュードを一方で，段階的な陥没を説明する物理モデルにおいて，ピストンが落ち込むときに解放さ一方で，段階的な陥没を説明する物理モデルにおいて，ピストンが落ち込むときに解放さはれる重力エネルギー
れる重力エネルギーEEg gは306

mg· ·∆z∆z
EEg g==mg(4)(4)

日本惑星科学会誌 Vol. 27, No. 4, 201819

ここで，∆z∆zはは11回の崩落におけるピストンの変位である．
回の崩落におけるピストンの変位である．
回の崩落におけるマグマ溜まり
ある．1 回の崩落におけるマグマ溜まりの体積変化はSO2 は植物にも悪い影響を及ぼす ．Google マップで
ここで，11回の崩落におけるマグマ溜まり

SΔz で，これは崩落と崩落の間に排出されたマグマのキラウエア周辺の航空写真を見ると，山頂（火口）の風

体積αT に等しいので，

下（南西）
側は周囲に比べて植生がまばらになっているS∆zで，これは崩落と崩落の間に排出されたマグマの体積
で，これは崩落と崩落の間に排出されたマグマの体積αT
αT に等しいので，に等しいので，の体積変化はS∆zの体積変化はS∆z==αT
αT
S∆z



（5）

また，ピストンの密度と断面積と長さをそれぞれ ρ，S，が，これは火山ガスの影響である．
(5)(5)
キラウエアから放出される火山ガスの量とその放出
口は，噴火活動にともなって大きく変化してきた．表

また，ピストンの密度と断面積と長さをそれぞれρρ，，SS，，HHとすると，ピストンの質量はとすると，ピストンの質量はまた，ピストンの密度と断面積と長さをそれぞれ

2 は 1ヶ月程度の時間で平均してみた SO2 放出率であH とすると，ピストンの質量は（6）

る．1986 年以前は主に山頂で数百トン / 日ほどの SO2(6)(6)
が放出されていただけだったが，1983 年に東リフトと書くことができるので，解放される重力エネルギー

ゾーンのプウ・オオで噴火が始まり，それから数年後の大きさはにはプウ・オオでの火山ガス放出が目立つようになる．

ρSH
mm==ρSHと書くことができるので，解放される重力エネルギーの大きさはと書くことができるので，解放される重力エネルギーの大きさは（7）2008 年以降，山頂のハレマウマウ（Halemaumau）に溶(7)(7)
岩湖が見られるようになると，山頂からの放出が他をである．表 1 にある値を使って計算してみると，Eg は圧倒するようになる．2018 年 5 月に東リフトゾーンで

およそ 4-8 × 10 J となる．

噴火が始まると，再び東リフトゾーンでの火山ガス放

ρgHαT
EEg g==ρgHαT

である．表11にある値を使って計算してみると，にある値を使って計算してみると，はおよそ4–8×10
4–8×101414JJとなる．
となる．
である．表
EEg gはおよそ
14[10]によると，爆発・衝によると，爆発・衝[10]
爆発または衝突によって発生する地震の規模について調べた研究
爆発または衝突によって発生する地震の規模について調べた研究
爆発または衝突によって発生する地震の規模につい出が増加し，6 月から 8 月頭にかけてはそれ以前のおて調べた研究 [10] によると，爆発・衝突等のエネルギ

よそ 10 倍にあたる 50,000 トン / 日という，これまでにーのうち地震動に変換されるエネルギーの割合は 0.1-

（ちな
記録されたことのない大量の SO2 が放出された

0.1–10%である．先に求めである．先に求め
突等のエネルギーのうち地震動に変換されるエネルギーの割合は0.1–10%
突等のエネルギーのうち地震動に変換されるエネルギーの割合はつのエネルギーの大きさとEEq qから変換効率を計算するとから変換効率を計算すると0.5–1%になる．この値になる．この値
た22つのエネルギーの大きさ
EEg gと
0.5–1%たみに，2000 年の三宅島の噴火では 40,000 トン / 日の10 % である．先に求めた
2 つのエネルギーの大きさ

SO2 放出が観測されており，この量もまた 2018 年キラEg と Eq から変換効率を計算すると 0.5-1 % になる．こは爆発または衝突によって発生する地震として予想される変換効率の値の範囲に入っており，
は爆発または衝突によって発生する地震として予想される変換効率の値の範囲に入っており，の値は爆発または衝突によって発生する地震として予

ウエアとほぼ同程度になっている）．東リフトゾーン

キラウエア・カルデラ内の崩落で発生した地震の規模はピストンがマグマ溜まりへ落ち込む
キラウエア・カルデラ内の崩落で発生した地震の規模はピストンがマグマ溜まりへ落ち込む

想される変換効率の値の範囲に入っており，キラウエ

での噴火が止まって以降，キラウエア全域の SO2 放出

ア・カルデラ内の崩落で発生した地震の規模はピスト
ときに解放される重力エネルギーの大きさで説明することができそうである．
ときに解放される重力エネルギーの大きさで説明することができそうである．

率は 1,000 トン / 日を下回るようになり，噴火中とはンがマグマ溜まりへ落ち込むときに解放される重力エ

一転してここ数十年でもっとも少ない放出率となってネルギーの大きさで説明することができそうである．

いる．
火口周辺における大気中の SO2 濃度を見積もってみ99

る．大気中に放出された SO2 は，OH などと反応して3. キラウエアの火山ガス放出も失われるが，その反応の時間スケールは 1 日程度で火山ガスの成分は場所によって違うし，同じ場所であり，放出源の近傍ではそれよりも風で流されたり拡20あっても時間的に変化するが，主成分はいつも H2O で， 散したりして薄められる効果の方が大きい ．ここでその次に多いのは CO2 である．H2O と CO2 はどこにでは簡単に，大気中の拡散を以下のように仮定することもある気体なので，火山ガスの放出として問題になるにする．まず風向に沿っては，風に従ってただ流され16のは 3 番目の成分である SO2 であることが多い ．SO2
17

るとする．風向に直交する水平方向には，放出源から18は人体に有害 であり大気汚染の原因 にもなる．
16. CO2も濃度が高くなれば人体に影響を及ぼすことがあり，CO2が問題にならないということではない．カメルーンのニオス
湖（Lake Nyos）では，高濃度CO2に曝されて人や家畜が死亡する災害が発生している．ニオス湖で高濃度のCO2環境が発生したのは，湖の底で放出されたCO2が湖水に溶け込んで蓄積し，時間をかけて蓄積したCO2が短時間で大気に放出されたことによる．
17. 日本が定めている SO2 の環境基準は「1 時間値の 1 日平均値が0.04 ppm 以下であり，かつ，1 時間値が 0.1 ppm 以下であること」（環境省，https://www.env.go.jp/kijun/taiki.html）．
18. 火山ガスによってつくられるスモッグは volcanic smog，略して vog と呼ばれる．

■2018遊星人Vol27-4.indd306

19. SO2が植物に及ぼす影響について，[11]には“ノリリスクという場所は，ニューヨークの環境ＮＧＯ団体「ブラックスミス・
インスティチュート」が作成した「世界でもっとも汚染された都市トップ10に栄えあるランクインを果たしたことで，今や多くの人に親しまれている（あるいは親しまれていない）．
ニッケル鉱石の溶錬は施設内で行われているけど，その行程で発生する二酸化硫黄の噴煙が原因で，溶錬施設から５キロメートル以内の地域には，1本の木も育たないと言われている．”と書かれている．ノリリスク（Norilsk）はロシア連邦ク
ラスノヤルスク地方の都市．閉鎖都市に指定されていて，訪問は規制されている．
20. 5 m/s の風があると 1 日で 400 km 以上流される．

2018/12/07

17:43:56

地球物理学者によるハワイ島の火山見学案内３／はしもと307

表 2: キラウエアの SO2

放出率 (トン/日)*1．

＊1

表2 : キラウエアのSO2放出率（トン/日） ．

山頂付近

東リフトゾーン*2

1986 年以前

プウ・オオ噴火 (1983- )*3

1986 年 – 2008 年

2,000
5,000

2008 年 – 2018 年 4 月

ハレマウマウ溶岩湖 (2008- )2018 年 5 月

5,000

東リフトゾーン噴火*4

2018 年 6 月 – 2018 年 8 月頭

50,000

東リフトゾーン噴火

2018 年 8 月以降*1 放出率は Volcano Watch 2018-08-23 [3] による．1,000 トン / 日を下回るものは空欄とした．

放出率は Volcano Watch 2018-08-23 [3] による．1,000 トン/日を下回るものは空欄とした．
*2*東リフトゾーンはプウ・オオを含む．
はそれよりも風で流されたり拡散したりして薄められる効果の方が大きい20 ．ここでは簡単*3 プウ・オオ噴火で溶岩噴泉が現れた時は瞬間的に 30,000 トン / 日の放出．

*4**
山頂で火山灰を大量に巻き上げる爆発をした時は瞬間的に10,000 トン / 日の放出．
東リフトゾーンはプウ・オオを含む．
に，大気中の拡散を以下のように仮定することにする．まず風向に沿っては，風に従ってたも風で流されたり拡散したりして薄められる効果の方が大きい20 ．ここでは簡単*** プウ・オオ噴火で溶岩噴泉が現れた時は瞬間的に 30,000 トン/日の放出．
だ流されるとする．風向に直交する水平方向には，放出源からの距離に比例して広がる．その距離に比例して広がる．そして鉛直方向には，境界の拡散を以下のように仮定することにする．まず風向に沿っては，風に従ってた層に万遍なく広がる．以上のように仮定すると，放出して鉛直方向には，境界層に万遍なく広がる．以上のように仮定すると，放出源から風下に**** 山頂で火山灰を大量に巻き上げる爆発をした時は瞬間的に 10,000 トン/日の放出．
とする．風向に直交する水平方向には，放出源からの距離に比例して広がる．そ4. ハワイ-天皇海山列

源から風下に 𝑥 だけ離れた場所における SO2 濃度 c は

x だけ離れた場所における SO2 濃度 c は以下のようになる．
向には，境界層に万遍なく広がる．以上のように仮定すると，放出源から風下に
ハワイ諸島はホットスポットから北西の方向に連な
以下のようになる．
)−1 (
)−1 (
)(
( a )−1 (っているが，ハワイ諸島の8 つの大きな島のさらに北
v
Φ
x )−1
σ
場所における SO2 濃度 c は以下のようになる．
c = 0.25 ppmv
2
6 月から108 月頭にかけてはそれ以前
0.2まると，再び東リフトゾーンでの火山ガス放出が増加し，
5 m/s
1000
ton/daykm
0.2 × 104 kg/m
西には北西ハワイ諸島が連なり，さらにその先には海
)−1 (
)−1 (
)(
( a )−1 ((8)−1 /日という，これまでに記録されたことのない大量の
σ
v
x )トン
中に没したかつての火山島である海山が（途中で北西SO2のおよそ 10Φ倍にあたる 50,000
mv
（8）
0.2
5 m/s
1000 ton/day
10 km
0.2 × 104 kg/m2
連なっている．これらハワイ
ここで，a は風向に直交する水平方向の広がりを表わすパラメタ(から北に向きを変えて）水平方向にはの範囲にが放出された (ちなみに，2000 年の三宅島の噴火では40,000 トンax
/日のSO2 放出が観測され(8)

ここで，a は風向に直交する水平方向の広がりを表わから 6100 km にわたって連なる火山島と海山の列は，)．東リフトゾーンでのており，この量もまた 2018 年キラウエアとほぼ同程度になっている
v は風速，Φ は SO2 放出率，で広がる)，σ は境界層に含まれる単位面積あたりの大気質量，a𝑥 の範囲に広がる）
すパラメタ（水平方向には，σ は境
ひとつのホットスポットが異なる時代に形成した一連風向に直交する水平方向の広がりを表わすパラメタ(水平方向にはax の範囲にSO2 放出率はトン
噴火が止まって以降，キラウエア全域のある．
界層に含まれる単位面積あたりの大気質量，v
は風速，の 火1,000
山で
あ/日を下回るようになり，噴り， ハ ワ イ - 天 皇 海 山 列（Hawaiianは境界層に含まれる単位面積あたりの大気質量，v は風速，Φ は SO2 放出率，で

Φは SO2 放出率，である．
Emperor seamount chain）と呼ばれる．
火中とは一転してここ数十年でもっとも少ない放出率となっている．
ハワイで定常的に吹いている北東貿易風の風速はおおよそ 5 m/s である．5,000 トン/日のハワイで定常的に吹いている北東貿易風の風速はおホットスポットによる火山島の形成は，100-200 万

およそ 5 m/s である．5,000
トン /5,000
日の放出
5 m/s である．
トン（2008/日の 年か
定常的に吹いている北東貿易風の風速はおおよそ年という比較的に短い時間の間におこなわれる ．そら放出されていた量）があると，火口から 10 km 下流れた火山島では火山活動が停止し，溶岩を噴き出すの火口周辺における大気中の SO2 濃度を見積もってみる．大気中に放出された SO2 は，OH)が放出 (2008 年から 2018 年 (東リフトゾーン噴火前) にハレマウマウから放出されていた量21などと反応しても失われるが，その反応の時間スケールは 1 日程度であり，放出源の近傍での後，プレート運動によってホットスポット上から外ら2018 年（東リフトゾーン噴火前）にハレマウマウか
10 km 下流における SO
0.5–1.0 ppmv
あると，火口から2 濃度は 1.25 ppmv になる．人間はから 2018 年 (東リフトゾーン噴火前) にハレマウマウから放出されていた量) がの濃度の SO2 があるとその臭いを感じるということなので，10 km 下流の濃度はその限界よ
SO2 濃度はSO
1.25
ppmv1.25になる．人間は
0.5–1.0 ppmv0.5-1.0 11 を止めた火山島は成長から転じて縮小に向かう．特に，から 10 km 下流における におけるppmv になる．人間は2 濃度は10,000 トン/日になると10 km 下流の濃度は 2.5
りちょの濃度のっと上ということになる．放出率がppmv
SO2 があるとその臭いを感じるという海面から上に出ている部分は激しい侵食にさらされる

2 があるとその臭いを感じるということなので，10 km 下流の濃度はその限界よことなので，10km 下流の濃度はその限界よりちょっため，火山島は海面より上が削られて卓状の形になる．
2018 年の噴火の最大にあたる
50,000ppmv となり，これは明らかな刺激臭として感じられる．
ということになる．放出率が 10,000 トン/日になると 10 km 下流の濃度は 2.5と上ということになる．放出率が 10,000 トン / 日にな

また，時間の経過とともに海洋底が沈降することによトン/日の放出率では 10 km 下流で 12.5 ppmv となるが，拡散の仕方によってはこの数倍程
22
ると 10 km 下流の濃度は2.5 ppmv となり，これは明って，火山島は海中に沈んで海山となる ．平らな頂，これは明らかな刺激臭として感じられる．
2018 年の噴火の最大にあたる
50,00010 km 離れていても呼吸困難を引き起こすレベ度の濃度になることもあるだろうと思うと，年の噴火の最上部をもつ平頂海山（ギョー，guyot）は，侵食されてらかな刺激臭として感じられる．2018
出率では 10 km 下流で 12.5 ppmv となるが，拡散の仕方によってはこの数倍程大にあたる 50,000 トン / 日の放出率では 10 km 下流でルの濃度 (30 ppmv) になる可能性があると考えられる．
10 kmとなるが，拡散の仕方によってはこの数倍離れていても呼吸困難を引き起こすレベなることもあるだろうと思うと，
12.5 ppmv

程度の濃度になることもあるだろうと思うと，10 kmppmv) になる可能性があると考えられる．

離れていても呼吸困難を引き起こすレベルの濃度（30ppmv）になる可能性があると考えられる．

20

卓状の形になった火山島が海中に沈んだものである，と考えられている．

21. 全期間（前楯状火山期から回春火山期まで）を通じて噴出する溶岩の総量のうち，80-95 %が楯状火山期の100-200万年の期間に噴出する[9]．
22. ハワイ - 天皇海山列は 129 以上の火山で構成されているが，このうち頂上が海上に出るとろこまで大きくならなかった火5 m/s の風があると 1 日で 400 km 以上流される．

12

ると 1 日で 400 km 以上流される．

12■2018遊星人Vol27-4.indd

307

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308

日本惑星科学会誌 Vol. 27, No. 4, 2018

図1： ハワイ諸島および北西ハワイ諸島における火山の標高と噴火年代．データは[9]と[14]を使用．四角は火山岩が地表に出ているもの，丸は地表がサンゴ礁で覆われていて火山は海面下にあるものを標高0 mとして描いた．

図2： 天皇海山におけるギョー頂部の水深．横軸は海底地形に基づいて推定したギョー頂部の水深（d），縦軸は海洋底の冷却モデルから計算されるギョー頂部の水深（Δw）と海底地形に基づいて推定したギョー頂部の水深（d）との差．海底地形と年代に関するデータは[14]を使用．

火山島が侵食と沈降によって海面下に没するまでの炭酸塩岩が堆積しなかったならば，現在のミッドウェ

時間スケールは，ハワイ諸島の場合ではおよそ 1500

ーは最高点が海面下 157 m に沈んでいるということで万年である（図 1）．北西ハワイ諸島は，ホットスポッ

ある ．海面上にあるときは侵食によって削られるが，ト に 近 い 方 か ら， ニ ホ ア 島（Nihoa）， ネ ッ カ ー 島

海面下に沈んだ後の侵食作用は無視できるので ，海（Necker）， フ レ ン チ フ リ ゲ ー ト 瀬（French Frigate

面下に沈んだ後に生じた 157 m の変位は全て沈降によ

Shoals），ガードナー尖礁（Gardner Pinnacles），レイ

るものとして，沈降速度の推定をおこなうことができ

サン島（Laysan），リシアンスキー島（Lisianski）
，パ

る．

24

25

ー ル・ ア ン ド・ ハ ー ミ ー ズ 環 礁（Pearl and Hermes

ドリルコアで採取された炭酸塩岩直下の火山岩の年Atoll），ミッドウェー環礁（Midway Atoll），クレ環礁

代は 2770 万年であったので，火山島の形成を 2770 万（Kure Atoll），の順番に並んでいる．このうち，ガー年前として，形成から 1230 万 -1990 万年かけて侵食とドナー尖礁までは，火山岩が地表に出ているが，その沈降によって火山島は海面まで沈み，そこからさらに先のレイサン島から先はサンゴ礁の島となっていて火780 万 -1540 万年かけて海面下 157 m まで沈降したと山岩は地表に出ていない [12]．ガードナー尖礁とレイ考えることにする．そうすると，ここ 1000 万年くら

サン島の火山岩の年代はそれぞれ 1230 万年と 1990 万

いのミッドウェーの沈降速度は 0.01-0.02 mm/yr とな

年となっていることから，サンゴ礁が発達しない場合，

る ．

26

火山島は形成から 1230 万年までは島としての残りう

プレートの冷却による熱収縮で海洋底が沈降するモるが，形成後 1990 万年までに水没すると考えられる．

デルは，Geodynamics [13] に詳しく記述されている．

4.1

23. サンゴ礁の上で堀ったドリルコアでは，玄武岩の上に384 mの厚さの炭酸塩岩が堆積していた．火山島の頂上が海中に沈む前のミッドウェーは，周囲をサンゴ礁で囲まれた堡礁になっていたと考えられる．
24. ミッドウェーは海抜 3 m くらいなので，最高点は海面下 154
m とするのがより正確かもしれないが，誤差の範囲であろう．
ドリルコアを採取した場所の真下に火山岩の最高点があるとは限らないので，最高点はもうちょっと上かもしれないが，侵食によって島は平坦になっていると思われるので，157 m
からは大きくは違わないはずである．
25. 海面下でも浅いところは侵食されるが，波食台は一般に－ 10m より浅いところに作られるので，10 m よりも深くなったら
ほとんど侵食されないと考えてよい．

海洋底の冷却による沈降

ミッドウェー環礁ではドリルコアの採取がおこなわれていて，火山島の本体を構成する玄武岩は地表から157 m の厚さの炭酸塩岩を掘り抜いた下にあることが23確認された [12] ．すなわち，サンゴ礁が形成されず
山は 24 とされている [9]．なぜだか知らないが，ハワイ - 天皇
海山を構成する火山の多くは海底火山では終わらず火山島になったということである．

■2018遊星人Vol27-4.indd308

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地球物理学者によるハワイ島の火山見学案内３／はしもと309

表 3: 海洋底の熱モデルに関するパラメタ．

表3 : 海洋底の熱モデルに関するパラメタ．

値

文献

中央海嶺における水深

w0 = 2600 m[13]マントルの密度ρm = 3300 kg/m3[13]
表 3: 海洋底の熱モデルに関するパラメタ．
ρw = 1000 kg/m3
[13]

海水の密度

αv = 3 × 10−5 K−1

プレートの体積熱膨張率

値

文献

[13]

プレートの熱拡散係数

中央海嶺における水深
κ = 1.0 × 10−6 m2 /s [13]w0 = 2600 m[13]

プレートの厚さマントルの密度yL0 = 125 km

ρm = 3300 kg/m3[13]

ρw = 1000 kg/m3[13]

αv = 3 × 10−5 K−1

[13]

[13]

海水の密度
プレート下面と海洋底の温度差
T1 − T0 = 1300 K[13]

プレートの冷却による熱収縮で海洋底が沈降するモデルは，Geodynamicsプレートの体積熱膨張率[13] に詳しく記

観測される海洋底の地形と年代の関係は，プレートのいようにも見えるが，後述するように天皇海山（ギョ
降量を表わすことになる．海洋底の深さが式 9 で表わされるとしたら，ギョーが海面下に沈(basal heating)
述されている．観測される海洋底の地形と年代の関係は，プレートの下面で加熱
プレートの熱拡散係数
κ = 1.0 × 10−6 m2 /s [13]下面で加熱（basal heating）があるとするモデルでよくー）の頂部の水深と整合しないと言われている [14]．

プレートの冷却による熱収縮で海洋底が沈降するモデルは，
Geodynamics∆w[13]
は に詳しく記んだときから現在までの海洋底の沈降量があるとするモデルでよく説明され，海面から測った海洋底の深さ w は海洋底の年代 t の関説明され，海面から測った海洋底の深さ w は海洋底の海中に沈んだ火山島はほとんど侵食されることがな
プレートの厚さ
y = 125 km
[13]
L0

29
述されている．観測される海洋底の地形と年代の関係は，プレートの下面で加熱 (basal heating)
年代 t の関数として，数として，∆w = w (tg ) −いのでw (ts ) ，海洋底からギョー頂部までの高さは，ギョ
(11)
[
(
)]
2t
ーが海面下に沈んだときの海の深さを記録することにプレート下面と海洋底の温度差
T1 − T0 = 1300 K[13]4
ρm αv (T1 − T0 ) yL0 1
κπは海洋底の年代があるとするモデルでよく説明され，海面から測った海洋底の深さ
w
t の関
−
(9)
w (t) = w0 +exp − 2(ρm − ρw )2 π2yL0
なる．そして，現在の海面からギョー頂部までの水深
ここで，tg はギョーが形成された年代，ts はギョーの下にある海洋底の年代，である．
数として，

（9）
[
)]
(
で与えられる．ここで，
w0 は中央海嶺における水深，
ρm はマントルの密度，
ρw は，ギョーが海面下に沈んだときから現在までの海洋は海水のT0 ) yL0 1
4
ρm αv (Tκπ 2 td と，年代か
図1 1−はいくつかの天皇海山について，現在の海面からギョー頂部までの水深−(9)w (t) = w0 +exp−2で与えられる．ここで，wは中央海嶺における水深，
底の沈降量を表わすことになる．海洋底の深さが式92
降量を表わすことになる．海洋底の深さが式9 で表わされるとしたら，ギョーが海面下に沈(ρm − ρw ) 02 πyL0密度，αv はプレートの体積熱膨張率，κ はプレートの熱拡散係数，yL0 はプレートの厚さ，∆w
を描いたものである．ギョーの形成年代
tは不明なのら推定されるギョー頂部の水深g
ρm はマントルの密度，ρw は海水の密度，αv はプレーで表わされるとしたら，ギョーが海面下に沈んだとき∆w はんだときから現在までの海洋底の沈降量で与えられる．ここで，w0 は中央海嶺における水深，ρm はマントルの密度，
ρw は海水のT1 − T0 はプレート下面(海洋底からyの深さ)と海洋底の温度差，である．海洋底の沈降
30L0トの体積熱膨張率，κはプレートの熱拡散係数，𝑦から現在までの海洋底の沈降量Δw はL0で，ここでは火山の年代を用いている ．火山島が形成されてから海面下に沈むまでにはあκ はプレートの熱拡散係数，
yL0 はプレートの厚さ，密度，αv はプレートの体積熱膨張率，はプレートの厚さ，T（海洋底
1 － T0 はプレート下面
速度 −dw/dt は，る程度の時間がかかるので，ギョーの形成年代は実際よりも古く仮定されたことになり，水∆w = w (tg ) − w (ts ) 
(11)
（11）
)
(
の深さ）
と海洋底の温度差，である．海洋底から 𝑦 L0(海洋底から
T0 )dw
4ρymL0καの深さ
κπ 2 tT1 − T0 はプレート下面) と海洋底の温度差，である．海洋底の沈降
v (T1 −
(10)
− 30=6 −exp−
つの天皇海山の11 カ所で採取したコアを調べると，
11 カ所の全てにおいてかつて温暖な浅海にあった証拠が2(ρは，
dt dw/dtyL0m − ρw ) yL0
ここで，tg はギョーが海面下に沈んだ年代，ts はギョの沈降速度－
ここで，tg はギョーが形成された年代，ts はギョーの下にある海洋底の年代，である．
速度 −dw/dt は，見つかるが，造礁サンゴがあるのは光孝海山(Koko)
のみで，それ以外の5 つの海山に造礁サンゴは見つからないーの下にある海洋底の年代，である．
)
ミッドウェー島が載っているのは 1 億 1800 万年前の海洋底(27 で，その他のパラメタは表3 の値
4ρm καv (T1 − T0 )dw
κπ 2 t−− [15]=．コア中に造礁サンゴが見つからないのは，サンプリングの問題ではなく本当に造礁サンゴがないからであると
exp − 2 図 1（10）はいくつかの天皇海山について，現在の海面からギョー頂部までの水深図(10)2 はいくつかの天皇海山について，現在の海面か d と，年代かdt(ρm − ρw ) yL0
yL0となる．この沈降速度はドリルコアに基づいて推を使うと，沈降速度はおよそ 0.005 mm/yr

らギョー頂部までの水深 d と，年代から推定されるギ[15] は言っている．天皇海山列 (光孝海山を除く) に造礁サンゴがない理由は解明されていないらしい．

∆w を描いたものである．ギョーの形成年代 tg は不明なのら推定されるギョー頂部の水深
ミッドウェー島が載っているのは 1 億 1800 万年前の海洋底27 28
で，その他のパラメタは表3 の値
1/4 から 1/2 程度で，惑星科学者の感覚ではそれほど悪くないようにも定した沈降速度のミッドウェー島が載っているのは
1 億 1800
万年前の海ョー頂部の水深Δw を描いたものである．ギョーの形
30

27

16 成年代 t は不明なので，ここでは火山の年代を用いて．火山島が形成されてから海面下に沈むまでにはあで，ここでは火山の年代を用いている
0.005 mm/yr となる．この沈降速度はドリルコアに基づいて推を使うと，沈降速度はおよそ
洋底 で，その他のパラメタは表3 の値を使うと，沈見えるが，後述するように天皇海山 (ギョー) の頂部の水深と整合しないと言われている [14]g．

降速度はおよそ 0.005 mm/yr となる．この沈降速度はる程度の時間がかかるので，ギョーの形成年代は実際よりも古く仮定されたことになり，水定した沈降速度の 1/4 から 1/2 程度で，惑星科学者の感覚28 ではそれほど悪くないようにも海中に沈んだ火山島はほとんど侵食されることがないので29 ，海洋底からギョー頂部まで
ドリルコアに基づいて推定した沈降速度の 1/4 からいるということが起こりえる．また，ホットスポットが断裂
30
6 つの天皇海山の 11 カ所で採取したコアを調べると，
11 カ所の全てにおいてかつて温暖な浅海にあった証拠が[14]．
見えるが，後述するように天皇海山 (ギョー) の頂部の水深と整合しないと言われている28
帯（fracturezone）をまたぐと海洋底の年代は不連続に変化す
1/2 程度で，惑星科学者の感覚 ではそれほど悪くなの高さは，ギョーが海面下に沈んだときの海の深さを記録することになる．そして，現在のる．断裂帯をまたぐときに生じる年代の不連続な変化は，新29 ，海洋底からギョー頂部まで見つかるが，造礁サンゴがあるのは光孝海山(Koko) のみで，それ以外の 5 つの海山に造礁サンゴは見つからない
しくなる場合と古くなる場合の両方がありえる．
海中に沈んだ火山島はほとんど侵食されることがないので海面からギョー頂部までの水深は，ギョーが海面下に沈んだときから現在までの海洋底の沈28. 筆者の周囲には「桁（オーダー）があってるからいいんじゃな
26. ミッドウェーの火山が水没した年代は，火山岩直上にある炭[15]．コア中に造礁サンゴが見つからないのは，サンプリングの問題ではなく本当に造礁サンゴがないからであるとい」と言う人が多いのだが，これは観測バイアスかもしれな
酸塩（化石）の年代を見たらよいのかもしれないが，ここではの高さは，ギョーが海面下に沈んだときの海の深さを記録することになる．そして，現在のい．サンプル数が少ないという批判に対しては，「友達が少手を抜いて，水没年代は1230万年（ガードナー尖礁，水没前）
27[15] は言っている．天皇海山列(光孝海山を除く) に造礁サンゴがない理由は解明されていないらしい．
古い火山ほど古い海洋底の上に載っている，というのは必ず成り立つものではない．ホットスポットに対して中なくてどうもすみません」としか答えられない．
と1990万年（レイサン島，サンゴ礁がなければ水没）の間にあ海面からギョー頂部までの水深は，ギョーが海面下に沈んだときから現在までの海洋底の沈29. 一般に，海中に沈んだ後は侵食よりも堆積が優勢となる．水るとした．
央海嶺が遠ざかる場合には，新しい火山ほど古い海洋底の上に載っているということが起こりえる．また，ホット没時のギョーの高さを推定するためには，現在の海底地形か
27. 古い火山ほど古い海洋底の上に載っている，というのは必ず
16
ら，水没後にギョーの上に堆積した堆積物の厚さを補正する
成り立つものではない．ホットスポットに対して中央海嶺が27
古い火山ほど古い海洋底の上に載っている，というのは必ず成り立つものではない．ホットスポットに対して中スポットが断裂帯(fracture zone) をまたぐと海洋底の年代は不連続に変化する．断裂帯をまたぐときに生じる年代必要がある．
遠ざかる場合には，新しい火山ほど古い海洋底の上に載って央海嶺が遠ざかる場合には，新しい火山ほど古い海洋底の上に載っているということが起こりえる．また，ホットの不連続な変化は，新しくなる場合と古くなる場合の両方がありえる．
28
筆者の周囲には「桁 (オーダー) があってるからいいんじゃない」と言う人が多いのだが，これは観測バイアスかスポットが断裂帯 (fracture zone) をまたぐと海洋底の年代は不連続に変化する．断裂帯をまたぐときに生じる年代もしれない．サンプル数が少ないという批判に対しては，「友達が少なくてどうもすみません」としか答えられない．
の不連続な変化は，新しくなる場合と古くなる場合の両方がありえる．
29
一般に，海中に沈んだ後は侵食よりも堆積が優勢となる．水没時のギョーの高さを推定するためには，現在の海28
筆者の周囲には「桁 (オーダー) があってるからいいんじゃない」と言う人が多いのだが，これは観測バイアスか底地形から，水没後にギョーの上に堆積した堆積物の厚さを補正する必要がある．
もしれない．サンプル数が少ないという批判に対しては，「友達が少なくてどうもすみません」としか答えられない．
29

一般に，海中に沈んだ後は侵食よりも堆積が優勢となる．水没時のギョーの高さを推定するためには，現在の海■2018遊星人Vol27-4.indd309

15

2018/12/07

17:43:57

310

日本惑星科学会誌 Vol. 27, No. 4, 201830

いる ．火山島が形成されてから海面下に沈むまでに起速度はその 0.0432 倍の 0.08 mm/yr ということになはある程度の時間がかかるので，ギョーの形成年代はる．これはプレート冷却による沈降速度～0.01 mm/

実際よりも古く仮定されたことになり，水深Δw を過

yr よりも十分に大きいので，ハワイ島の周辺地域で大評価したことになる．しかし図 2 では，現在観測さはハワイ島の荷重による隆起が観測されるはずである．

れるギョー頂部の水深 d は，過大評価したはずの水深

実際に，オアフ島（Oahu）は隆起している ．オアΔw よりも，1000 m ほど深くなっている．この差は，

フ島ではサンゴ礁が島のいたるところに見られ，それ32

深 ∆w を過大評価したことになる．しかし図 1 では，現在観測されるギョー頂部の水深 d は，

∆w よりも，1000 m ほど深くなっている．この差は，海洋底の冷過大評価したはずの水深らはオアフ島の隆起によって陸上にあがったものと考
海洋底の冷却を考えるだけでは説明することができな
33

えられている ．海抜 21 m の場所に～33.4 万年前のサい．[14] は，海洋底がホットスポットの上を通過する[14] は，海洋底がホットスポットの上を通過す
却を考えるだけでは説明することができない．
ときに，ホットスポットによって加熱を受けることをンゴ礁があるので，それを使ってオアフ島の隆起速度るときに，ホットスポットによって加熱を受けることを考慮することによって，説明するこ

考慮することによって，説明することができるとして荷重によってもたらされる隆起速度の推定（0.08 mm/

いる．
とができるとしている．

4.2

4.2

を推定すると 0.06 mm/yr になる．これはハワイ島のyr）と整合的であり，オアフ島の隆起はハワイ島の荷

火山島の荷重よる沈降と隆起重によるものと考えられている．

火山島の沈降は，海洋底の冷却だけでなく，火山島

火山島の荷重よる沈降と隆起の荷重によるリソフフェアの変形によっても生じる．

4.3

侵食

リソスフェアが変形する時間スケールはおよそ 100 万火山島が 1500 万年くらいの時間スケールで海中に年で，これは火山島が成長する時間スケール 100-200

没することを使って，侵食速度を見積もる．火山島の火山島の沈降は，海洋底の冷却だけでなく，火山島の荷重によるリソフフェアの変形によっ

100 万年で，これは火山島が成ても生じる．リソスフェアが変形する時間スケールはおよそ
標高が下がるのは，沈降と侵食の作用による．沈降は万年とほぼ同程度である．すなわち，火山島が形成されるのとほぼ同時進行でリソスフェアは変形し，火山

4.1 節と 4.2 節で整理したように，プレートの冷却によ島の形成が終わった後にリソスフェアはあまり変形しる熱収縮と，火山島の荷重によるリソスフェアの変形

長する時間スケール 100–200 万年とほぼ同程度である．すなわち，火山島が形成されるのとほぼ同時進行でリソスフェアは変形し，火山島の形成が終わった後にリソスフェアはあまりの，2 つの過程によって生じる．プレート冷却の熱収ない．ハワイ島の下のリソスフェアは周囲に比べてお縮による沈降の速度は，ミッドウェーのドリルコアによそ 4 km ほど凹んでいる．200 万年で 4 km とすると，4km ほど凹んでいる．
200
変形しない．ハワイ島の下のリソスフェアは周囲に比べておよそ
沈降速度は 2 mm/yr となり，これはハワイ島の北西基づいて 0.02 mm/yr であるとすると，1500 万年間の万年で 4km とすると，沈降速度は 2 mm/yr となり，これはハワイ島の北西沖の海面下に沈

沖の海面下に沈んだサンゴ礁の年代から推定された沈沈降量は 300 m になる．火山島の荷重による沈降の速3131度は，冷却による沈降に比べると．
2 桁程度大きいが，降速度 2.6 mm/yr と整合的な値である
2.6 mm/yr と整合的な値である．
んだサンゴ礁の年代から推定された沈降速度

火山島の荷重によるリソスフェアの変形は，火山島

継続期間は 100 万年程度なので沈降量としては 2000

火山島の荷重によるリソスフェアの変形は，火山島の近傍では沈降となるが，火山島からの近傍では沈降となるが，火山島から数 100 km 離れ

34m 程度となる ．

ここで，標高 4500 m の火山島が 1500 万年で海中にた場所においてはバルジ（膨らみ）をつくって隆起を生 [13]．バルジの(膨らみ) をつくって隆起を生じさせる
数 100km 離れた場所においてはバルジじさせる [13]．バルジの隆起量 wb は火山島直下の沈降

沈む場合を考える．4500 m のうち，2300 m は沈降に

量 w0 に比例する [13]．

よって標高が低下するのだとすると，残り 2200 m は

隆起量 wb は火山島直下の沈降量 w0 に比例する [13]．

wb = −w0 e−π = −0.0432w0 （12）

したがって，ハワイ島の荷重によってハワイ島が 2

侵食によって削られなければならない．1500 万年で(12)2200 m 削るとしたら，その侵食速度は約 0.15 mm/yr
である．

したがって，ハワイ島の荷重によってハワイ島が 2 mm/yr の速度で沈降しているとしたら，mm/yr の速度で沈降しているとしたら，バルジの隆

カウアイ島（Kauai）の侵食速度を調べた研究 [16] にバルジの隆起速度その 0.0432 倍の 0.08 mm/yr ということになる．これはプレート冷却によよると，侵食速度は降水量に強く依存し，100 万年の
30. 6つの天皇海山の11カ所で採取したコアを調べると，11カ所

時間スケールで見た侵食速度は地域の降水量の多寡によりも十分に大きいので，ハワイ島の周辺地域ではハワイ島の荷る沈降速度 ∼0.01 mm/yrの全てにおいてかつて温暖な浅海にあった証拠が見つかる

が，造礁サンゴがあるのは光孝海山（Koko）のみで，それ以外
32. 筆者は，ハワイ諸島はみんな沈降しているんだろうと思い込の5 つの海山に造礁サンゴは見つからない[15]．コア中に造礁
海洋底の冷却による沈降も同時におこってはいるが，その沈降速度は ∼0.01 mm/yr であり，100 万年程度の時んでいた，と正直に告白しておく．
サンゴが見つからないのは，サンプリングの問題ではなく本
33. 海面より上にあるサンゴのなかには，津波によって運ばれた
当に造礁サンゴがないからであると[15]は言っている．天皇
間スケールでは無視できる．
ものもある．ラナイ島とモロカイ島では，海抜 155 m にサン
海山列（光孝海山を除く）に造礁サンゴがない理由は解明され
ゴと溶岩の角礫岩（breccia）が見つかり，それは津波によってていないらしい．
運ばれたものとされている．
31. 海洋底の冷却による沈降も同時におこってはいるが，その沈
1734. リソスフェアの変形量は火山島の荷重に比例する [13]．2000
降速度は～0.01 mm/yr であり，100 万年程度の時間スケール
m はハワイ島のような大きな火山島の沈降量である．
では無視できる．
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よって 0.003-0.1 mm/yr の範囲でばらつくとされる ．
速い侵食速度（～0.1 mm/yr）は，1500 万年程度で島が5. サンゴ礁

沈むことと整合的であるが，現在のカウアイ島で最も雨が降る地域の年降水量は 9000 mm を超えるとされサンゴは刺胞動物門に属する動物で，炭酸カルシウており，0.1 mm/yr の侵食速度を維持するのに 9000

ムからなる固い骨格をつくる ．大きな骨格をつくっ

mm という年降水量が必要であるのなら，1500 万年とてサンゴ礁を形成する造礁サンゴは，体内に共生させいう期間で平均して 0.1 mm/yr の侵食速度を達成すた褐虫藻から提供される光合成産物を利用して，速い

36

38

39

ることは困難かもしれない ．侵食速度は削られる岩速度で骨格形成をおこなう ．褐虫藻が光合成をする

盤の状態にも強く依存し，新しい溶岩よりは古い溶岩には光が必要なため，造礁サンゴは熱帯・亜熱帯の浅の方が侵食されやすい．カウアイ島では，これから時

い海にのみ生息する ．造礁サンゴは，深い海に沈む

間が経過するにつれて，侵食速度は速くなっていくのと共生している褐虫藻が抜けてしまって死んでしま

37

40

41

かもしれない ．

う ．

侵食に並行して生じるであろう隆起についても考え造礁サンゴは上に向かって成長することができるのておく．アイソスタシーが成り立っているとき，侵食で，島が沈降していたとしても，サンゴ礁の成長速度によって削られると，荷重が減った分のバランスをとが沈降速度よりも速ければ，サンゴ礁は深海 に沈むるために隆起が生じる．火山島の海面より上に出ていことなく海面下すれすれの位置を維持する．ハワイ諸る部分の体積は，海中にある部分も含めた火山島全体

島（北西ハワイ諸島を含む）
においてサンゴ礁の成長速の 10 % くらいであると思うと，火山島の海面より上度を調べた結果 [15] によると，サンゴ礁の成長速度はに出ている部分が侵食で削られると火山島の荷重は緯度に依存し，いちばん南のハワイ島では 11 mm/yr，

10 % 減ることになる．火山島の荷重によってリソス

いちばん北のクレ環礁では 0.2 mm/yr である ．これフェアが 4 km くらい凹んでいるとすると，火山島のらの成長速度は，プレート冷却による沈降速度～0.02

荷重が 10 % 減ったときリソスフェアの変形量も 10 %mm/yr（4.1 節）よりも十分に速いので，プレート冷

減って，ざっくり 400 m くらいの隆起が生じることに却による沈降でこれらのサンゴ礁が海の深くに沈むこなる．もっとも，侵食で削られた岩石が島の近傍に堆とは（プレート運動でもっと北に移動してサンゴ礁の積するのであれば，大局的に見て火山島の荷重は変わ成長速度が 1 桁以上遅くならない限り）なさそうであらないので，侵食による隆起は考えなくてもよいのか

る

42

43

44, 45．

サンゴ礁は海水準変動からも大きな影響を受ける．

もしれない．

海水準は気候変動にともなって変化することが知られ
46（約 18000 年前）かている ．例えば，最終氷期最盛期
2

35. [16]において侵食速度は8-335 ton/km /yrと与えられている
3ので，岩石の密度として3000 kg/m を用いて単位を変換した．
36. 全球平均の年降水量は 1000 mm くらい．日本の年降水量は1500 mm くらい．年降水量 9000 mm というのは，めちゃく
ちゃ多い．
37. 日本の侵食速度は場所によって異なるが，比較的標高が高い山地では 1 mm/yr を超え，中部山岳地帯の高山部では 3-5mm/yr に達する [17]．これはカウアイ島に比べるとかなり大きい．この日本の速い侵食速度は，日本がテクトニクスの活発な地域にあることによると考えられている．
38. 筆者がサンゴについて知っていることの多くは [18] による．
39. サンゴに褐虫藻が共生していることは，川口四郎（岡山大学名誉教授）によって 1944 年に発見された．サンゴ礁の豊かな生態系を支える一次生産者は，サンゴに共生する褐虫藻である．オアフ島のハナウマ湾（Hanauma Bay）では，シュノーケ
リングによってサンゴ礁生態系をお手軽に観察することができる．
40. サンゴ礁が発達するのは冬の表面水温が 18℃以上の場所とされる．造礁サンゴ自体は冬に 14℃まで下がる場所にも生息し，
千葉県の館山には小さな造礁サンゴの群落がある．

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41. 英語では，造礁サンゴが深い海に沈んで死ぬことを“drowned（溺れた）”と表現するようである．
42. ここでは，ざっくり 100 m（サンゴ礁が成長できなくなる深さ）
より深い海を「深海」と呼ぶことにする．水深 100 m における太陽光量は海面直下に比べると大幅に減っているので，サンゴ礁の成長速度は海面下のそれに比べたらかなり遅くなっているはずである．造礁サンゴが溺れる深さはもうちょっと深い（～150 m）らしい [9]．
43. 礁としての成長速度はサンゴそのものの成長速度に比べるとだいぶ遅い．サンゴには 200 mm/yr に達するような速い成長速度をもつものもあるが，打ち寄せる波によって破壊されたり，生物によって破壊されたりする（生物侵食）．サンゴ礁
周辺の海底を埋めている白い砂は主にサンゴの破片であり，サンゴが砕かれていることを示す証拠である．
44. サンゴ礁の成長が島の沈降速度よりも遅くなってサンゴ礁が沈む限界をダーウィン・ポイント（Darwin Point）と呼ぶらしい [15]．ダーウィンは進化論を提唱したあのダーウィン（Charles Darwin）である．ダーウィンは，サンゴ礁の形成と発達を島の沈降によって説明する沈降説を提唱した．

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日本惑星科学会誌 Vol. 27, No. 4, 2018

ら 6000 年前にかけて，海水準は 120 m 以上上昇，そすなわち，隆起しているか，海水準が今よりも高かっの間の上昇速度は平均でも 10 mm/yr，短期間にはそたか，いずれかである．オアフ島で陸上にみつかるサ

れ以上にもなる．この海水準の上昇に見合うだけの成

ンゴ礁は，前者（隆起）によるものである ．ミッドウ

48（海水準変動）によって海長ができなかったサンゴ礁は，深海に沈むことになる． ェー環礁やクレ環礁は，後者
47

気候変動の時間スケールは 10 万年程度 なので，海49面上に出たものである ．

水準変動で深海に沈んでもしばらく待てばまた浅海に戻る．しかし，沈んでいる間にサンゴ礁を載せた海洋

6. 火山見学案内はネタ切れである底が沈降すると，海水準が元に戻ってもサンゴ礁の水深は元に戻らない．例えば，ハワイ島の荷重による海もはや「火山見学案内」ではないだろうという指摘

洋底の沈降は～3 mm/yr，10 万年あれば～300 m も沈は全く正しい．最初 [1] は正しくハワイ島の火山見学

む．海水準変動によって溺れたサンゴ礁は，溺れてい案内であった．その 2 [2] はオアフ島の火山見学案内でる期間が長くなると，海水準が元に戻っても浅海（水あった（表題が「ハワイ島の」になっていることには目深 100 m 以内）に戻らないということが起こりえる．

をつぶってもらいたい）．本稿（その 3）に火山見学案

10 mm/yr に達する速い成長速度をもつハワイ島にお内 が な い の は， ネ タ 切 れ だ か ら で あ る． マ ウ イ 島いてサンゴ礁が海中に沈んでいること（4.2 節）は，海（Maui）やカウアイ島など，ハワイ諸島にはまだまだ

洋底の沈降（～3 mm/yr）だけでは説明するのが難し

見所があるのだが，筆者は行ったことがない．機会がいが，海洋底の沈降と海水準変動を組み合わせると説あれば行ってみたい（火山見学案内を書いてみたい）と明することが可能となる．

思っているので，マウイ島やカウアイ島でフィールド

サンゴは海水中でないと生育しないため，サンゴ礁が海面上に出ている場所においては，過去に現在よりも海面が高い位置にあった時代があったことになる．

ワークをする人がいたらぜひ声をかけて欲しいと思っている．
筆者は雑食なので，目的地は火山島でなくてもよい．
50

45. 中部太平洋にあるエニウェトク環礁（Enewetak Atoll）では2カ所で深い穴が掘られ，基盤となる火山岩の上にそれぞれ
1405 mと1287 mの厚さの石灰岩が堆積していることが明らかにされた[12]．火山岩の年代は7590万年，火山島の形成から水没まで1500万年かかるすると，石灰岩の堆積速度は0.02mm/yrである．ハワイ諸島におけるサンゴ礁の成長速度（110 mm/yr）を考えると，0.02 mm/yrの速度で石灰岩を堆積させることは十分可能であるように思われるが，それを6000
万年もの期間にわたって継続するというのは，なかなかすご
いことのように思える．それはそれとして，エニウェトクはどう綴るのが正解なのかわからない．“Enewetak”はGoogle
マップが採用する表記であるが，[12]は“Eniwetok”，[14] は“Anawetok”，[19]は“Anewetak”で あ る．Wikipediaに は“Enewetak”,“Eniwetok”,“Eniewetok”の3つが書かれている．
46. 海水準変動の主な原因は，100 万年の時間スケールで考える
なら，海水量と海水温の変化である．地球の表面にある水の量はほとんど変わらないとすると，海水量の変化は主に陸上にある氷の量の変化によって引き起こされる．海から蒸発して陸上に降った水が雪や氷となって陸上に固定されると海水量は減り，陸上にある氷が融けて水となって海に流れ込むと海水量は増える．また，海水温が変わると熱膨張によって海水の体積が変化して，海水準が変化する．
47. ミランコビッチ・サイクル（Milankovitch cycles）．20 年くらい前に，「ミランコビッチ・サイクルに合わない年代データ
は間違ってるとか精度が悪いとか言われて，ミランコビッチ・
サイクルに合うように年代の書き換えがおこなわれることがあるんだ．それはおかしいだろ」と言っていた人がいた．筆者はその真偽を知らないが，ミランコビッチ先生の理論が偉大であることを示すエピソードとして記憶している．ミラン
コビッチ先生の肖像は，セルビアで発行されている 2000 ディ
ナール紙幣に使われている．

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51

サンゴ礁の島も好物である ．本稿に出てきた ，ミ52

ッドウェー環礁，エニウェトク環礁 ，大東諸島，などなど，調査に行く人がいたら筆者を連れていって欲しいと思う．

48. 南大東島と北大東島は環礁が隆起してできた島（隆起環礁）
で，中央部が凹んで周辺部が高くなった形をしている．北大東島で1936 年におこなわれた深層ボーリングでは，深さ431.7 m まで炭酸塩岩であることが明らかにされた[20]．大東
隆起環礁は「日本の地質百選」に選ばれている．
49. 筆者が大学院生のとき，先輩から「サンゴ礁には 3 つのアップがある」と教えられた．島の沈降に合わせてサンゴ礁が成長して海面下すれすれを維持している keep up，サンゴ礁が海面上に出てしまった catch up．そして溺れてしまったサンゴ礁 give up．出典を探してみたけど見つけられなかった．出典
を知っている人がいたら教えてください．
50. 筆者が大学院生のとき，キリスィマスィ島（Kiritimati）に地震計を設置する話があって，現地に行って地震計設置の手伝いをする人の募集があった．なにか用事があって見送ったのだが，行かなかったことをとても後悔している．キリ
スィマスィ島は，ハワイ諸島とほぼ同じ経度にあるが，標準時は UTC+14 を採用している（ハワイ諸島は UTC － 10）．
UTC+14 の採用は，キリバス共和国の領土が日付変更線をまたいで散らばっており，国の東西で日付が変わらないようにするためのものである（結果として，キリスィマスィ島は世界で最も早く新しい一日が始まる場所となった）．
51. エニウェトク環礁と大東諸島がどこに出てきたかわからない
人は，脚注を調べてみよう．

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ふしぎな生態系，中公新書，273p.

参考文献[19] Clouard, V., and A. Bonneville, (2004) http://
www.mantleplumes.org/WebDocuments/[1] はしもとじょーじ, 2018, 遊星人, 27, 66.
[2] はしもとじょーじ, 2018, 遊星人, 27, 246.

PaciﬁcSeamountAges.pdf[20] 井龍康文, 2013, 地学雑誌 122 (2), p.iii.

[3] Hawaiian Volcano Observatory, U.S. Geological
Survey, Volcano Watch, https://volcanoes.usgs.gov/
observatories/hvo/hvo_volcano_watch.html[4] Kilauea, Tilt and GPS Deformation Data, https://
volcanoes.usgs.gov/volcanoes/kilauea/monitoring_
deformation.html[5] Hawaii Volcanoes National Park, https://www.nps.gov/
havo/index.htm[6] 中村一明, 1978, 火山の話, 岩波新書, 228p.
[7] Volcano World, http://volcano.oregonstate.edu[8] Kumagai, H. et al., 2001, Science 293, 687.
[9] Poland, M.P. et al. eds., 2014, US Geol. Surv. Prof.
Paper 1801, 428p., http://dx.doi.org/10.3133/pp1801[10] 武藤大介, 2017, 験震時報, 81, 1.
[11] トーマス・トウェイツ(著), 村井理子(訳), 2015, ゼロからトースターを作ってみた結果,新潮文庫,
211p.
[12] Ladd, H.S. et al., 1970, US Geol. Surv. Prof. Paper
680-A, 29p., http://dx.doi.org/10.3133/pp680A[13] Turcotte, D.L. and Schubert, G., 2002, Geodynamics
2nd ed., Cambridge Univ. Press, 456p.
[14] Caplan-Auerbach, J. et al., 2000, JGR 105, 2679.
[15] Grigg, R.W., 1997, Coral Reefs 16, S33.
[16] Ferrier, K.L., 2013, GSA Bulletin 125, 1146.
[17] 藤原治ほか, 1999, サイクル機構技報 5, 85.
[18] 本川達雄，サンゴとサンゴ礁のはなし－南の海の52. エニウェトク環礁はビキニ環礁（Bikini Atoll）の隣にある．ビキニ環礁は世界遺産にも登録されている有名な核実験場（水着のビキニはその破壊的威力を原子爆弾になぞらえて命名された）であるが，エニウェトク環礁もまた核実験場であり世界で最初の水素爆弾の実験がおこなわれた場所として知られている．核実験をおこなったアメリカ政府は実験終了後に島の除染をおこなったが，放射能汚染のレベルは高いままになっている．国際原子力機関（IAEA）が1998年に出した報告書は，ビキニ環礁について「現状の放射能汚染の状況は永住に適さない」としている．また，エニウェトク環礁に建設されたルニット・ドーム（Runit Dome）は，放射能汚染物質をコンクリートで固めて格納しているのだが，コンクリートの劣化によりプルトニウムなど放射性物質の漏出が懸念されている．エニウェトクは無邪気に行きたいと言ってよい場所ではないのかもしれない．[19] によると
“ビキニ（Bikini）”ではな
く“ピキンニ（Pikinni）”であるらしい．

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