特集日本をおそった巨大噴火

カルデラとは何か：
鬼界大噴火を例に
前野 深 まえの ふかし

東京大学地震研究所

火山噴火の規模が非常に大きく，大量の日本列島の広域に存在する降下火山灰堆積物としマグマが短時間のうちに地表に噴出すると，て認識される（図 1）。たとえば，およそ 8 万 9000

マグマ溜まりの天井は支えを失い崩壊してしま年前の阿蘇 4 噴火の降下火山灰（Aso-4）は北海道でう。そして地表には大規模な陥没孔，すなわちカも約 15 cm の厚さで地層に残されている。また，ルデラが生じる。カルデラとは直径約 2 km 以上

マグマに溶け込んでいた揮発性成分（主に硫黄成分）の陥没地形を意味するが，火山性カルデラの多くが大気中に放出されることにより大量の硫酸エアは大量のマグマ噴出を伴う巨大な火山噴火によりロゾルを生成するが，その痕跡は高濃度の硫黄化形成されたものである。一般に噴出量が 10 km3合物濃集層としてグリーンランドの氷床コアで検以上のオーダーに達し，VEI（Volcanic Explosive Index，出されている3。成層圏に広がった硫酸エアロゾ

1火山爆発指数）が 6 を超えるような噴火になるとカル雲は，地球表層への太陽光入射を妨げ気温低下ルデラを形成することが多い。

をもたらす4。噴火の影響は，カルデラ周囲だけ日本列島には風光明媚な観光名所となっている

でなく高層大気を介して北半球の広範囲に及んだカルデラが数多くあるが，とくに九州と北東北かと考えられる。過去 1 万年間に大型カルデラをら北海道にかけては第四紀後期（約 260 万年前以降）形成した VEI 7 以上の噴火は，地球上で少なくの中でも比較的新しい大型カルデラ火山が集中しとも 8 回，そのうち 1 回は日本列島で発生してくっしゃ ろ

し こつ

とう や

あい らあている（北から屈斜路，支笏，洞爺，十和田，阿蘇，姶良，阿いる。日本での 1 回は 7300 年前に鹿児島南方のた多，鬼 界）。これらの火山では，過去 15 万年間に東シナ海で発生した鬼界アカホヤ噴火で，これは噴出量 250 km ，直径 210 km のカルデラを形完新世（約 1 万年前以降）における地球上で最大の噴成する噴火が 1 回以上発生しており，全体では火である。

き かい3

およそ 1 万年に 1 回の頻度で繰り返している（図1）2。十和田での 2 回の噴火は VEI 6 の中でも大鬼界カルデラとアカホヤ噴火の推移

きい部類，それ以外は噴出量が 100 km3 を超える VEI 7 級の噴火である。同一の場所で繰り返鬼界カルデラは，薩摩硫黄島と竹島を除き大部すという特徴があることから，将来これらの火山分 が 水 没 し て い る が，東 西 20 km，南 北 17 kmのどれかで再びカルデラ噴火がおこる可能性は極におよぶ大型カルデラである（図 2）。カルデラ北めて高く，仮に発生した場合には未曽有の災害が西に位置する硫黄岳と稲村岳はアカホヤ噴火後に引き起こされることが予想される。

成長した火山で，とくに激しい噴気活動が続く硫カルデラ噴火の痕跡は，大規模な陥没地形に加黄岳は，日本を代表する活火山の一つである。

えて，その周囲に厚く堆積する火砕流堆積物や，1940 年代にはじめてカルデラの存在が示されてWhat does Caldera mean?: An example from the Great
Kikai Eruption

KAGAKUや屋 火砕流堆積物6や，東日本まで広く分布するア
カホヤ火山灰層7の給源であることが 1970 年代に

Fukashi MAENO

0058

こう以降5，このカルデラが南九州一円に分布する幸Jan. 2014 Vol.84 No.1

活火山
火砕流の分布域4（o-Sp）

蘇阿広域火山灰の分布域）
笏支1（fa-第四紀後期の代表的大型カルデラ）

屈斜路

Kc-Sr（

屈斜路As

洞爺支笏十和田）良姶

（ATTo-HP（十和田）

Kc-Sr7）

Spfa-1

鬼界h（K-AKc-Hb
7

屈斜路7支笏Toya（洞爺）

Toya
7洞爺

To-Of To-H
6 6

十和田
阿蘇
姶良阿多
鬼界

阿蘇

Aso-2-3 Aso-4
77? 7
AT7姶良

a（At）

多阿Ata

阿多N

7Kob K-Tz

鬼界
500 km

15K-Ah

77?

107

50万年前
図 1―第四紀後期に形成された大型カルデラ（直径 ＞10 km）の位置と，代表的な大規模カルデラ噴火による広域火山灰と火砕流の分布2活火山の分布も同時に示してある。右側は各火山で発生した大規模カルデラ噴火の年代および広域火山灰の名称。数字は火山爆発指数（VEI）。

明らかにされ，超巨大噴火の痕跡として認識され噴火によるステージ 1 と，大規模火砕流およびた。近年になり噴出源近傍の堆積物の研究 や，カルデラ陥没を生じたクライマックスのステージ

噴火に連動して発生した巨大地震の痕跡（噴砂，噴2 に分けられる。プリニー式噴火が先行するとい礫）の発見 ，巨大津波に関する研究が進み，鬼う特徴は多くのカルデラ噴火で報告されており，界アカホヤ噴火の規模や推移，その影響についてこの規模の噴火を理解する上で注目すべき点の一徐々に明らかになりつつある。一方鬼界カルデラつである。最新の VEI 7 噴火，1815 年タンボラ

は，アカホヤ噴火以前にも同規模の巨大噴火を繰火山（インドネシア）の噴火では，数年～数カ月にわ8910とづらはらり返してきた。9 万 5000 年前には鬼界 葛 原 噴火， たる地震活動の増加やマグマ水蒸気爆発などの前
こ

13 万年前には鬼界小 アビ噴火を起こしており，駆的活動があり，その後 1 週間以内で複数回の現在の海底地形はこれらの噴火が繰り返したことプリニー式噴火が発生し（ステージ 1），直後にカルにより生じたものである。

デラ陥没が発生した（ステージ 2）11。アカホヤ噴火

鬼界アカホヤ噴火の主要な推移は，プリニー式のステージ 1 は薩摩硫黄島付近における少なくカルデラとは何か：鬼界大噴火を例に科学0059

蒸気爆発を伴う噴煙柱崩壊がおこり，軽石など火加久藤カルデラ小林カルデラ
霧島火山群

砕物粒子が溶結するほど高温かつ高速の火砕流や火砕サージが給源付近で発生し厚い堆積物を残した（図 3，図 4b）。アカホヤ噴火のステージ 1 の噴出

鹿児
島地
溝姶良カルデラ

量はタンボラ噴火よりも大きく，噴火の継続時間はより長かった可能性がある。プリニー式噴火の進行に伴いマグマ溜まりの減圧が進むと，マグマ

桜島

薩摩半島

溜まりの圧力だけでは天井が支えきれなくなり崩壊が開始した。

大隅半島
阿多北カルデラステージ 2 では，地表での大規模な陥没が始まった。残存していた大量の流紋岩質マグマは発池田カルデラ
開聞岳

阿多南カルデラ泡・破砕し，陥没により生じた割れ目を拡大しながら一気に地表に噴出した。そして，鍋から吹き東シナ海溢れるようにして巨大な火砕流となり周囲に拡がったと考えられる（図 4c）。古い山体を構成してい黒島

竹島

薩摩硫黄島

た岩片を大量に含む火砕流の基底部は高密度であるために海に流れ込んだが，軽石や火山灰からな

鬼界カルデラ
Nる火砕流の低密度部分は海面上を流走し，カルデ
種子島

口永良部島
30 km

隅半島，種子島，屋久島を覆い，堆積物を残した-600（図 3）。これが幸屋火砕流である。火砕流の噴出

屋久島と同時に上空に立ち上がった噴煙には大量の細粒-100-100

昭和硫黄島

火山灰が含まれ，それらは偏西風により東日本に

竹島

-300

薩摩硫黄島

-200-300

稲村岳-300-400

鬼界カルデラ-400
N-300-100-400-200-500換算して 170 km3 を超える。幸屋火砕流とアカホヤ火山灰は，南九州の縄文文化と自然環境に壊-200-100まで運ばれてアカホヤ火山灰として降り積もった（図 1 の K-Ah）。この噴火の総噴出量は堆積物量に-400

硫黄岳-200

ラから四方へ広がった。巨大火砕流は，薩摩・大5 km

図 2―南九州における大型カルデラの分布および鹿児島地溝との位置関係
下は鬼界カルデラの地形。

滅的なダメージを与えるとともに，西日本から東日本にかけても降灰による甚大な影響を及ぼしたと考えられる。
一方，海底での大規模な陥没や火砕流の海への流入により，ステージ 2 では巨大な津波が発生したと推定される。筆者らが行った数値シミュレ
ーション10によると，地質痕跡を説明可能な津波とも 2 回のプリニー式噴火ではじまり（図 3，図 4a），の発生過程として，火砕流の流入よりもカルデラ2 回目の噴煙柱高度は海抜 43 km，成層圏上面付陥没が有力であり，さらに陥没は 6 時間以内で近にまで達したと推定される 。大隅半島に至る進行したと推定された。津波は薩摩半島沿岸で波北東方向の地域を中心に，10 km3 以上の降下軽高 30 m，長崎県橘湾付近でも数 m の規模に達し石が降り注いだが，その大部分は海面上に降下したと考えられる。また，大分市の横尾貝塚でアカたはずである。このステージの後半にはマグマ水

ホヤ噴火に伴う津波痕跡が発見されたことから12，80060

KAGAKUJan. 2014 Vol.84 No.1

ステージ 1 前半

初期プリニー式噴火の堆積物

ステージ 1 後半

ステージ 1 前半

噴煙柱崩壊に伴う堆積物

主プリニー式噴火の堆積物
3 cm

ステージ 2幸屋火砕流堆積物

680

120 028>0 cm

706025504050101020 35
353020020050 k m>20 m

150 150 200

300100>2003070N100150m）（k距離<5 m

推定されるプリニー式噴火の噴出源

604050噴出源近傍

図 3―鬼界アカホヤ噴火における噴火ステージごとの堆積物の分布●と■は従来の研究における堆積物の調査地点。プリニー式噴火については，代表的地点の層厚および等層厚線（単位：cm）も示さ8れている。Maeno et al.
（2007）にもとづく。

津波は東シナ海だけでなく太平洋にも伝搬し，沿学組成，常時放出されている火山ガス組成・量な岸域に大きな影響を及ぼしたはずである。

どをもとに，現在のマグマ溜まりは上部に低密度の流紋岩質マグマ，下部に高密度の玄武岩質マグ

鬼界カルデラのマグマ溜まりマという層構造を成しており，深部の玄武岩質マ
グマから熱と共に揮発性物質が流紋岩質マグマにアカホヤ噴火の流紋岩マグマ（SiO2 含有量：72～74供給されているというモデルが提案されている14。

wt.％，斑晶量：8～10 vol.％）の噴出量は，マグマ体積

ただし，マグマ溜まり深部には玄武岩質マグマがに換算して 80 km 以上 ，噴出物の岩石鉱物化学継続的に存在しているようにみえるものの，アカ組成やメルト包有物の分析にもとづくと，マグマ

ホヤ噴火時とおよそ 4000 年前の稲村岳の活動以の温度は約 960℃ で 3～7 km の深さ に蓄積して降ではマグマの組成的特徴がやや異なる。

3813いたと推定されている。また，噴火の終盤には少アカホヤ噴火時のマグマ溜まりがどのように形量の安山岩質混合マグマ（SiO2 含有量 56～58 wt.％）が成されたかについては具体的な描像はまだ得られ噴出しており8，マグマ溜まり深部は不均質であていない。少なくとも，大型の流紋岩質マグマ溜ったと考えられる。カルデラ噴火の後期に苦鉄質まりを形成するためには，上部マントルから下部マグマの影響が出現するという事例は珍しくなく， 地殻に供給される継続的な熱源（初生玄武岩質マグマ
阿蘇 4 噴火などでも報告されている15。ただし，のインプット）が存在し，地殻の部分溶融や結晶分化

アカホヤ噴火の流紋岩マグマの形成過程におけるにより流紋岩質メルトが効率よく大量に生産され苦鉄質マグマの役割については議論はあるもののて上部地殻に集積される必要がある。こうした地よくわかっていない。

殻内でのマグマ移動と蓄積の物理化学過程に定量

アカホヤ噴火以降の活動は，流紋岩質マグマに的制約を与えることは重要な課題として残されてよる硫黄岳と，玄武岩質マグマによる稲村岳，こいる。大規模マグマ溜まりの形成におけるもうひれらの混合マグマによる活動（1934～35 年の昭和硫黄

とつの重要な点は，マグマの蓄積が促進されやす島噴火など）に代表されるが（図 2），これらはまさにい中間～引張的な地殻応力の存在である16。薩カルデラ直下のマグマ溜まりの組成的な構造を反摩・大隅半島を含む南九州地域は，少なくとも映したものである。硫黄岳や稲村岳の岩石鉱物化

200 万年前以降，九州中部付近を頂点とする反時カルデラとは何か：鬼界大噴火を例に

科学0061

（a）
ステージ 1 前半

繰り返してきたのかについては不明な点も多く，プリニー式噴煙柱の形成
高度〜 43 km

噴火ごとの噴出物を詳しく解析してマグマ溜まり像を復元する必要がある。同時に，この地域の地殻構造とその進化が密接に関係しているという点にも注目するべきである。

東シナ海

薩摩硫黄島

次の鬼界アカホヤ噴火級の噴火は？
鬼界カルデラは 7300 年前にアカホヤ噴火をお（b）ステージ 1 後半

こしており，それまでの履歴を考慮すると，この場所で次のカルデラ噴火がすぐに到来するとは考えにくいかもしれない。しかし日本列島ではカル噴煙柱の崩壊

デラ噴火がおよそ 1 万年に 1 回の頻度で繰り返し 発 生 し て い る こ と，最 新 の 噴 火 か ら す で に7300 年が経過していることから，日本列島全体

マグマ水蒸気爆発でみれば次のカルデラ噴火は徐々に迫っていると（c）ステージ 2言えるであろう。また，鬼界カルデラを含め，個々の火山ではカルデラ噴火が必ずしも特定の周期で発生しているわけではないようにも見える
幸屋火砕流の発生
低密度部（図 1）。ここでたとえばカルデラ噴火がランダムに発生しており，ポアソン分布モデルに従う事象であるという仮定をした場合18，今後 100 年でVEI 7 級の噴火が日本列島でおこる確率は 1％ で高密度部
カルデラ陥没津波の発生ある。一方世界では，このクラスの噴火は最近2000 年間で少なくとも 4 回発生しており，今後100 年での発生確率は 18％ である。VEI 7 のタ火道の拡大

図 4―鬼界アカホヤ噴火の推移の概要
ステージ 1 でのプリニー式噴煙柱の形成（a）と崩壊（b），ステー
ジ 2 でのカルデラ陥没と幸屋火砕流および津波の発生（c）など
8で特徴づけられる。Maeno et al.
（2007）にもとづく。

ンボラ噴火から 200 年経つが，同規模の噴火が近い将来おこる可能性は決して低くはない。もしVEI 7 の噴火がおこればその影響は全球規模で何らかの異常現象として捉えられるはずである。カルデラ形成噴火の発生頻度は低いが，われわれが計回りの回転運動を続けており ，引張的な応力生きている間に経験する可能性はあると考えるべ場に置かれることにより鹿児島地溝が形成されてきである。

17

きた（図 2）。鹿児島地溝とその延長上には鬼界カルデラだけでなく，阿多，姶良などの大型カルデ
ラが並ぶが，これらのカルデラの配置が鹿児島地溝と重なるのは単なる偶然ではなく，熱源とともにマグマが蓄積しやすい地殻の応力状態と温度構造が継続しているためと考えられる。鬼界カルデ
ラのマグマ溜まりがどのように進化し巨大噴火を0062

KAGAKUJan. 2014 Vol.84 No.1

文献および注
1―C. G. Newhall & S. Self: J. Geophys. Res., 87, 1231（1982）により提案された，噴出量や噴煙柱の高さで決まる火山噴火の規模を表す半定量的指標。
2―町田洋・新井房夫: 新編火山灰アトラス，東京大学出版会（2003）
をもとにしている。
3―たとえば G. A. Zielinski et al.: Quaternary Research, 45, 109（1996）

4―たとえば A. Robock: Review of Geophysics, 38, 191（2000）

13―G. Saito et al.: J. Volcanol. Geotherm. Res., 108, 11（2001）

5―T. Matumoto: Jp. Jour. Geol. Geor., 19, sp（1943）
p. 57

14―G. Saito et al.: Earth Planets Space, 54, 303（2002）

6―宇井忠英: 火山，18, 153（1973）

15―K . Kaneko et al.: J . Volcanol. Geotherm. Res ., 167, 160

7―町田洋・新井房夫: 第四紀研究，17, 143（1978）（2007）

8―F . Maeno and H. Taniguchi: J . Volcanol . Geotherm. Res.,

16―たとえば A. M. Jellink & D. J. Depaolo: Bull. Volcanol., 65,167, 212（2007）

363（2003）

9―成尾英仁・小林哲夫: 第四紀研究，41, 287（2002）

17―たとえば K. Kodama et al.: Geology, 23, 823（1995）

10―F. Maeno et al.: Earth Planets Space, 58, 1013
（2006）; F.

18―言い換えれば個々の噴火が他の噴火にまったく影響せず，

Maeno and F. Imamura: Geophys. Res. Lett., 34, L23303, doi:

噴火する確率が同じであるという仮定にもとづく。ポアソン分

10.1029/2007GL031222（2007）

布モデル適用の妥当性については当然議論があって然るべきで11―S. Self et al.: Geology, 12, 659（1984）ある。

12―藤原治・他: 第四紀研究，46, 293（2010）

カルデラとは何か：鬼界大噴火を例に

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