火山 第 48 巻 (2003)
第 2 号 221ῌ227 頁

寄 書

降下軽石堆積物中の遊離結晶の破砕組織
安 井 真 也῍῎菅沼由里子῍ῑ2001 年 12 月 4 日受付ῌ 2003 年 1 月 18 日受理ῒBroken Texture of Free Crystals Contained in Pumice Fall Deposits
Maya Y6HJ>῍ and Yuriko SJ<6CJB6῍
The morphology of free crystals contained in ﬁfteen pumice fall deposits from eight volcanoes in Japan wasobserved. Although most of the crystal faces are ﬁlmily covered with vesicular glass, broken surfaces are observedin many free crystals. The ratio of length of broken surface (b) to the total circumference of a crystal (a) “b/avalue” in the 2-D picture was measured for plagioclase free crystals contained in the deposits. The b/a values varyfrom sample to sample and each sample has a wide distribution of the value on the frequency diagram. Previously,
broken free crystals in ignimbrites have been reported in many cases, whereas enough has not been known for
pumice fall deposits. From the results of this study, broken free crystals are common also in pumice fall deposits
indicating that abundant broken free crystals are produced through the eruptive process of explosive eruptions likeplinian and subplinian style.
1. は じ め に

一般に溶結凝灰岩は破片状の結晶を含む場合が多いことが知られている῍ 破片状結晶の有無を根拠の一つとし本の 8 火山 15 例の降下軽石堆積物の遊離結晶の形態観察を行った結果ῌ 破片状の遊離結晶が普通に見出される
ことが明らかとなったので報告する῍てῌ 強度に溶結した火砕流堆積物と溶岩の区別を行った
研 究 例 が あ る ῑ例ῌ Manley, 1995; Henry and Wol#,

2. 観察対象と方法

1992ῒ῍ しかしῌ 火山噴出物中の破片状結晶自体に着目し

2ῌ1 観察対象

た記載は少ない῍ 降下軽石堆積物はῌ 1 mm 前後より細本研究ではῌ 以下の堆積物に含まれる遊離結晶を観察

粒側の幅広い粒径にわたって斜長石や輝石などの遊離結対象とした῍ テフラ名と年代 ῑ括弧内ῒ は町田 ῎ 新井晶を含む場合が多い῍ 一般に遊離結晶は発泡したガラス(1992) に基づいた῍ なおῌ 降下軽石堆積物には複数の降に薄く覆われておりῌ ガラスの覆いの外形は軽石や火山

下単位がある場合が多いがῌ ここでは任意の層準の降下

ガラスの外形と類似する῍ したがってマグマの破砕過程

単位から試料を採取した῍ 比較のためῌ 4 火山 4 例の火ではῌ 軽石や火山ガラスが生産されるだけでなくῌ マグ

砕流堆積物に含まれる遊離結晶の形態観察も行った῍

マ中に含まれていた結晶も遊離するものとみられる῍ ピ

降下軽石堆積物῏

ナツボ火山 1991 年噴火の降下軽石堆積物にはῌ 破片状

樽前山῏ Ta-a (1739 A.D.), Ta-c (2.5ῐ3 ka), 北海道の遊離結晶が多く含まれることが報告されているが駒ヶ岳῏ Ko-a (1929 A.D.), Ko-d (1640 A.D.), 榛名῏(Pallister et al., 1996; Ohno, 1999), 一般に降下軽石堆積

Hr-FP ῑ6 世紀中葉ῒῌ 浅間῏ As-A (1783 A.D.), As-B 上

物には破片状結晶は含まれないという意見もあり (Best部῍と下部 (1108 A.D.), As-C ῑ4 世紀ῒῌ As-K (13ῐ14

and Christiansen, 1997), 実態がよくわかっていない῍ 日ka), As-YP (13ῐ14 ka)ῌ 霧島῎新燃岳῏ Kr-SmK (1717
A.D.), 桜島῏ Sz-1 (1914 A.D.), 支笏第一῏ Spfa-1 (31ῐ34

῍ ΐ156ῌ8550 東京都世田谷区桜上水 3ῌ25ῌ40
日本大学文理学部地球システム科学科
Department of Geosystem Sciences, Nihon University,
3ῌ25ῌ40, Sakura-josui, Setagaya-ku, Tokyo 156ῌ8550,
Japan.
Corresponding author: Maya Yasui
e-mail: yasui@chs.nihon-u.ac.jpka)ῌ 姶良大隅῏ A-Os (25 ka)῍῍ここではῌ As-B 上部を As-B῎と呼ぶ῍ As-B῎の噴出年

代は不明῍
火砕流堆積物῏
洞爺῏ Toya (90ῐ120 ka)ῌ 支笏第一῏ Spﬂ (31ῐ34 ka)ῌ阿多῏ Ata (85ῐ105 ka)ῌ 幸屋῏ K-Ky (6.3 ka)

222

安井真也 菅沼由里子

2ῌ2 方法2ῌ2ῌ1 遊離結晶の表面形態と断面形態の観察

一般に降下軽石堆積物の粒径分布は幅が広いため 次の 2 つの粒径範囲の遊離結晶を観察対象とした 軽石粒
子に含まれる斑晶鉱物は 1 mm 前後である場合が多いことから 遊離斑晶の代表として 1 mm 以上 2 mm 未満の粒径範囲を扱った 細粒な遊離結晶は偏光顕微鏡による観察に無理のない 0.125 mm 以上 0.25 mm 未満の粒径範囲を扱った 遊離結晶の外形と内部の組織の関係を 3 次
元的に把握するために 表面形態と断面形態の両方に着目した
前準備として ふるいで粒度を揃えた上記 2 つの粒径範囲の粒子について 短時間の超音波洗浄を行い 乾燥させた 表面形態は 実体顕微鏡と走査型電子顕微鏡
JEOL 製 JSM-5200 を用いて幅広い倍率で観察した

Fig. 1. Method for measurement of b/a value offree crystals in this study.

電子顕微鏡による観察では あらかじめ実体顕微鏡下で結晶の種類別にわけた後 金蒸着を施して 2 次電子像るので 2ῌ2ῌ1 の留意点 (1) と (2) により影響を最小限(SEI) を観察した

にした

断面形態は 結晶と周囲に付着するガラスの関係や
累帯構造の切られ方などに注目して 薄片上に現れた輪

3. 観察および測定結果

郭を偏光顕微鏡で観察した 薄片は 上記 2 つの粒径範3ῌ1 遊離結晶の形態と破片状遊離結晶のタイプ

囲の粒子をエポキシ樹脂で固定し 以下の点に留意して

3ῌ1ῌ1 表面形態

作製した (1) 樹脂包埋時に 円筒状の専用容器の底部

1 mm 以上 2 mm 未満の径の遊離結晶の結晶面は 白に結晶の C 軸方向が水平面と平行になるように定置さ色 灰白色 黄白色などの色調を呈するガラスに覆われせ 全体として同様の厚さの層を形成するようにするる ガラスには多数の気泡が含まれ 全体に白濁して見(2) 研磨時に結晶の中心部が薄片上に現れるよう注意すえるが ガラスの厚さが薄い部分では透明感がある 部

る

分的にガラスの覆いのない窪みが見られる場合が多い2ῌ2ῌ2 軽石内部の結晶の断面形態の観察

窪みの内側は光沢があり 貝殻断口状の組織を呈する場

遊離結晶との比較のため 個の堆積物に含まれる数

合もある 電子顕微鏡による観察では 窪みの内側は平cm 大の軽石の薄片を作製し 軽石内部の結晶 斑晶鉱物

滑である場合が多いが (Fig. 2-1), 擦痕状の組織が見らと石基鉱物 の断面形態を偏光顕微鏡で観察した 薄片

れる場合もある (Fig. 2-2). 窪みの深さは多様であり 複作製時の軽石の破損を防ぐため 真空下でエポキシ樹脂

数の窪みが連結した形状を示す場合もある 窪みの部分

を軽石の気泡部分に含浸させて補強を行った

は周囲のガラスに包まれた結晶面から推定される結晶面2ῌ2ῌ3 斜長石遊離結晶の 2 次元的破砕度の測定

すべての試料に共通して多く含まれる 1 mm 以上 2と連続しないため 破断面であると解釈される
0.2 mm 前後の遊離結晶の大半は不定形で光沢がある

mm 未満の径の斜長石の遊離結晶を 2 次元的破砕度の測が ガラスに包まれた自形結晶も認められる 不定形の定対象とした まず引き伸ばし器を用いて遊離結晶の薄結晶には 輪郭がすべて破断面で囲まれ 角が鋭利なも片を印画紙上に投影し 約 8 倍の倍率の引き伸ばし写真のもあるを作成した 偏光顕微鏡で個の斜長石の破断面部分を3ῌ1ῌ2 断面形態確認し 写真上にペンでチェックした 次に結晶の輪郭観察した遊離結晶の大半は 厚さ 2040 ミクロン程外周 a と破断面の部分 b を別にトレス紙に写した度のガラスに覆われる ガラスの覆いは気泡に富み 全(Fig. 1). トレスした結果をスキャナで取り込み 各結

体として波打った 切手の縁状 の形状を示す Fig. 2-3晶の a, b の長さを画像解析ソフト NIH Image 1.61 で測の矢印 ガラスの覆いの厚さはほぼ一定であるが 部分

定し 2 次元的破砕度 b/a 値を求めた なお 同じ破砕度

的にガラスの覆いのない破断面が見られる場合が多い

の結晶がランダムな方向に分布する薄片の場合には 薄

破断面は結晶の外形に無関係な直線状ないし凹状であ片の切り方によってそれぞれ b/a 値が異なる可能性があり 方向は辟開と無関係に見える場合が多い 累帯構造

降下軽石堆積物中の遊離結晶の破砕組織

223

Fig. 2. SEM images (SEI) and photomicrographs showing the morphology of broken crystals. Grain size is
between 1 and 2 mm for the photos 1, 2 and 4, 0.125 and 0.25 mm for 3. ( ) shows the name of tephra listed
up in the 2ῌ1 subsection in the text. (1) Pyroxene free crystal with a large depression (Hr-FP). (2) Broken
surface of an olivine free crystal (As-A). Arrow shows striation-like texture developed on the broken surface.
Vesicular glassy mantle on the crystal surface can be seen on the right hand side. (3) Arrow shows an
unbroken orthopyroxene free crystal with vesicular glass cover. Upper left orthopyroxene is a highly broken
crystal debris. Its broken surfaces are indicated by gray lines (Ko-d). (4) Broken orthopyroxene free crystalof which the whole outline is coated by thin vesicular glass (Hr-FP). White lines show broken surfaces. (5)Broken plagioclase contained in a pumice clast (Ta-a). Section of inner zoned structure is exposed on thebroken surface indicated by a white line. Crossed nicols. (6) A breaking plagioclase contained in a pumice
clast (As-A). Crossed nicols.

224

安井真也῎菅沼由里子

や汚濁帯の組織を示す斜長石はῌ それらの組織の断面がされる ῔例ῌ Fig. 2-5῕῍ 破片状斑晶の破断面は直接石基ガ破断面に現れている῍ 輝石や角閃石もῌ しばしば累帯構

ラスと接する場合が多い῍ 単一の結晶に復元可能な複数造が切られている῍の破片状斑晶がジグソῐパズルの様に分布する場合もあ3ῌ1ῌ3 破片状の遊離結晶のタイプ

る (Fig. 2-6). この場合ῌ 破断面に面する石基ガラス中の破片状の遊離結晶はῌ 断面形態の違いから次の 3 つの気泡の形態はῌ 周囲の石基と同様である時とῌ 周囲に比タイプに大別される (Fig. 3); A: 輪郭が自形ῑ半自形を

べ気泡の径が大きくῌ 2 つの結晶の破断面の間でガラス呈する結晶面と破断面から成る῍ 結晶面は薄いガラスにが糸を引いたように伸びている場合がある῍ 複数の気泡包まれるがῌ 破断面は結晶が直接露出しガラスに覆われが結合した形状の大きな気泡の周囲にῌ ジグソῐパズルていないῌ B: 輪郭が結晶面と破断面から成りῌ 共にガラの様に破片状斑晶が分布する場合もある῍ Fig. 4 は複数

スに包まれる (Fig. 2-4), C: 不定形で輪郭のすべてが結の蜂の巣状斜長石と単一の斜方輝石から成る結晶の集合

晶の破断面で囲まれる῍体でありῌ 内部に破断面が認められる῍ 破断面の多くは以上の 3 タイプは鉱物の種類にかかわらず認められ結晶の粒間に生じている῍ 破断面には結晶内のガラス包る῍ 粒径別に見るとῌ 1ῑ2 mm の粒径には概して破片状有物が露出しておりῌ 破断面と破断面の間にみられる大結晶が多い῍ 定性的にみるとῌ A タイプが最も多くῌ B

きな気泡をもつガラスと連続する ῔例῏ 図中の枠内῕῍ こ

タイプはさほど多くない῍ 0.125ῑ0.25 mm の粒径では自の場合の結晶の破砕はῌ 結晶集合体の周囲のメルトの発形性のよい結晶もしばしば含まれるが ῔Fig. 2-3 の矢

泡時に起きた可能性がある῍印῕ῌ 破片状結晶が多い῍ 破片状結晶には破断面の部分が軽石の石基には自形性のよい微斑晶が含まれる場合が多い A タイプと C タイプが多い῍ 同一試料で比べた場
合ῌ 細粒な破片状結晶に見られる蜂の巣構造などの組織はῌ 1ῑ2 mm の粒径の遊離斑晶と同様であることからῌ
細粒な破片状結晶は斑晶鉱物の破片 ῔以後ῌ ῒ結晶片ΐ と呼ぶ῕ であると考えられる῍
3ῌ2 軽石粒子に含まれる結晶の形態

大半の試料の軽石内部にῌ 自形 ῑ 半自形の斑晶以外にῌ 破片状の斑晶が認められた῍ 破片状の斑晶はῌ 不自
然な輪郭を示すことやῌ 破断面に累帯構造や蜂の巣状構造などの組織の切断面が現れるためῌ 比較的容易に識別

Fig. 3. Schematic illustration showing type ofbroken free crystals contained in pumice fall
deposits.
Type A:
Outline of crystal is composed oforiginal crystal face and broken surface.
Outline is ﬁlmily covered with vesicular glass
except its broken surface. Type B: Outline of
crystal is composed of original crystal face andbroken surface as well as that of Type A.
However, outline is completely covered withthin, vesicular glass. Type C: Whole outline iscomposed of broken surface.

Fig. 4. Sketch of a breaking crystal-clot containedin a single pumice clast of As-Bῌ. It is
composed of plural crystals of plagioclase (pl)and single orthopyroxene (opx). Chemicallynormal-zoned, over-growth (dotted zone) can beseen along the crystal faces, whereas broken
surfaces have no over-growth. Note that large
bubbles between broken surfaces and canal-likeglass inclusions contained in plagioclase arecontinuous. A representative example of it isshown by a frame in the ﬁgure.

降下軽石堆積物中の遊離結晶の破砕組織

225

多いがῌ 破片状の斑晶が多い試料ではῌ 破断面で囲まれる不定形の結晶片も多く含まれる῍ 参考のために観察した火砕流堆積物中の軽石にもῌ 以上の記載と同様の性質が認められた῍
3ῌ3 斜長石遊離結晶の 2 次元的破砕度
1῏2 mm の径の斜長石の遊離結晶の 2 次元的破砕度
b/a 値 ῐa: 外周ῌ b: 破断面の長さῑ はῌ どの堆積物も幅が広い (Figs. 5 and 6). 全く破断面をもたない遊離結晶
ῐb/a 値ῒ0ῑ は 9 例について認められたがῌ すべての輪

郭が破断面からなる遊離結晶 ῐb/a 値ῒ1, すなわち C タイプῑ は認められなかった῍ Spfa-1 は b/a 値が低くῌ
Hr-FP は高い傾向があるがῌ その他は b/a 値の幅が広くῌ 特にピ῎クを示さない῍ Fig. 5 は安山岩組成ῌ Fig. 6はデイサイト῏流紋岩組成であるがῌ b/a 値と化学組成には相関がみられない῍
4. 議論

以上の観察および測定結果よりῌ 日本の 8 火山 15 例の降下軽石堆積物中に含まれる遊離結晶の多くが破片状であることが明らかになった῍ また斜長石の遊離結晶の2 次元的な破砕度 b/a 値は幅が広くῌ 多様な程度に破砕を受けていることを示す (Figs. 5 and 6). これらのことから火砕流をもたらす噴火のみならずῌ プリニ῎式噴火や準プリニ῎式噴火のような様式の噴火においてもῌ 破
片状の遊離結晶が多く生産されると考えられる῍
一般にῌ プリニ῎式噴火のような爆発的なマグマ噴火
におけるマグマの破砕過程ではῌ マグマがῌ 気泡に富む
連続した液体からῌ 液滴と遊離した固体粒子がガス中に存在する状態へと変化するῌ ととらえられている ῐ例ῌCashman et al., 2000ῑ῍ 前述のようにῌ 降下軽石堆積物中の遊離結晶の多くが気泡を含むガラスに薄く包まれておりῌ ガラスの覆いの外形は軽石や火山ガラスの外形と類似する῍ このことはῌ マグマの破砕過程でῌ 液滴の生成と同時にῌ マグマ中に含まれていた固体粒子 ῐ主に結晶ῑ
Fig. 5. Histograms showing frequency of b/a value
for the eleven pumice fall deposits with andesitic
composition. Grains between 1 and 2 mm were
measured here. ( ) shows age of the eruption.
(1) Tarumai volcano: Ta-a (1739 A. D.), (2)Ta-c (2.5 ῏ 3 ka), (3) Hokkaido-Komagatake
volcano: Ko-a (1929 A.D.)ῌ (4) Ko-d (1640
A. D.), (5) Haruna volcano: Hr-FP (mid-6C),(6) Asama volcano: As-A (1783 A. D.), (7)As-B ῌ (age is unknown), (8) As-B (1108 A.
D.), (9) As-C (4 C), (10) Shinmoedake,
Kirishima volcano group: Kr-SmK (1717 A.
D.), (11) Sakurajima volcano: Sz-1 (1914 A.
D.).

226

安井真也῎菅沼由里子
Fig. 6. Histograms showing frequency of b/a value
for the four pyroclastic ﬂow deposits (shadedcolumns) and the four pumice fall deposits(solid columns) with dacitic to rhyolitic
composition. Grains between 1 and 2 mm were
measured here. ( ) shows type of deposit anderuptive age.
(1) Kikai caldera: K-Ky (ignimbrite, 6.3 ka),
(2) Ata caldera: Ata (ignimbrite, 85ῐ105 ka),(3) Toya caldera: Toya (ignimbrite, 90 ῐ 120ka), (4) Shikotsu caldera: Spﬂ (ignimbrite, 31ῐ34 ka), (5) Shikotsu caldera: Spfa-1 (pumice
fall, 31 ῐ 34 ka), (6) Asama volcano: As-K
(pumice fall, 13ῐ14 ka), (7) Asama volcano:
As-YP (pumice fall, 13 ῐ 14 ka), (8) Airacaldera: A-Os (pumice fall, 25 ka).

についてある程度の制約を与えることができる῍
破断面にガラスの覆いがみられない A タイプの破片状結晶の存在はῌ 気泡と結晶を含む液滴やガラスに薄く包まれた遊離結晶が生産された後にῌ さらに結晶部分の破砕が行われたことを示唆する῍ マグマの破砕時にῌ 結
晶の遊離と破砕が同時に起きて A タイプが形成される可能性もある῍ A タイプに比べると少ないがῌ 破断面にもガラスの覆いがある B タイプの結晶の存在はῌ マグマ
からの遊離以前に既に結晶の破砕があったことを示している῍ 軽石粒子中にもしばしば破片状結晶が含まれるがῌ これも同様にマグマの破砕以前の結晶の破砕を示す῍ 一方ῌ 輪郭がすべて破断面で囲まれる C タイプの結晶についてはῌ 1) マグマの破砕時に結晶が粉῏に破砕されたῌ 2) 液滴や遊離結晶の生成後に結晶の破砕が起きたῌ あるいはῌ 3) 何らかの原因で割れ目を有していた結晶がῌ マグマの破砕時に分解῎遊離したῌ などの様῏な可能性が考えられる῍ マグマの破砕過程以後の結晶の破砕過程の一つとしてはῌ 火砕物の運搬時が考えられる῍ 例えば流走中の火砕流内での粒子衝突を想定した実験ではῌ 実験で生成された結晶の破片とῌ 実際の堆積物中の破片状結晶の形態が著しく異なることからῌ 火砕流
中では結晶の破壊はほとんど起こらないと考えられた(Best and Christiansen, 1997). 一方ῌ 同一噴火事例の堆積物である支笏火砕流 (Spﬂ) と降下軽石 (Spfa-1) ではῌ
火砕流堆積物中の斜長石の破砕度 b/a 値が先行した降下も遊離することを示唆する῍ 一方ῌ 遊離結晶の多くが破軽石より全体に高い (Fig. 6-4, 5). また南九州の池田火片状であるという観察事実からῌ 結晶の破砕過程もマグ

砕流堆積物の場合はῌ 給源からの距離とともに破片状結マの破砕や固体粒子の遊離と密接に関連することが予想

晶の量が増加するようにみえる ῑ岩倉῎他ῌ 2001 の Fig.

される῍ 現時点では破片状の遊離結晶が生成された時期

4ῒ῍ これらの事例ではῌ 流走する火砕流内でも結晶片がを特定することは難しいがῌ 破片状の遊離結晶の形態に生産された可能性がある῍ 上昇する噴煙柱内でもῌ 結晶

AῐC タイプに見られる多様性があることからῌ 結晶のの破砕は起こるのかもしれない῍

破砕とマグマの破砕および結晶の遊離の間の時間的関係

以上の議論よりῌ マグマの破砕とマグマからの結晶の降下軽石堆積物中の遊離結晶の破砕組織
遊離はほぼ同時期に起こると考えられるが῍ 結晶の破砕
過程は῍ マグマの破砕や結晶の遊離過程と同時である場
合以外に῍ それらの前後にもあるものとみられる῎ つま
り῍ 爆発的なマグマ噴火における結晶の破砕過程は単一ではなく῍ 機構の異なる複数の段階があるものとみられる῎ 破断面の形状などに着目して῍ 結晶の破砕の時期や破砕の機構に直結する手がかりを探すことが今後の課題の一つである῎謝

辞本研究は Y.S. の卒業研究の成果を含めてまとめたものである῎ 元日本大学教授の荒牧重雄氏には重要な助言をいただきました῎ 同大学の遠藤邦彦教授には試料採取に際してお世話になりましたῌ 同大学の大野希一博士との議論は有益でした῎ 匿名の査読者の方῍ 産業技術総合
研究所の古川竜太博士῍ および編集担当の中川光弘博士には重要なご指摘と適切なご助言をいただきました῎ 以
上の方ῐに深く感謝いたします῎ 本研究の一部には平成
13 年度日本大学文理学部個人研究費を使用しました῎

引用文献
Best, M. G. and Christiansen, E. H. (1997) Origin of
broken phenocrysts in ash-ﬂow tu#s. Geol. Soc. Amer.
Bull., 109, 63῍73.

227

Cashman, K. V., Sturtevant, B., Papale, P. and Navon, O.
(2000) Magmatic fragmentation. In Encyclopedia ofVolcanoes (Sigurdsson, H. ed.), 421῍430, Academic
Press, London.
Henry, C. D. and Wol#, J. A. (1992) Distinguishing strongly rheomorphic tu#s from extensive silicic lavas. Bull.
Volcanol., 54, 171῍186.
岩倉雅治῏鎌田桂子῏小林哲夫 (2001) 粒度分布と構成物量比からみた池田火砕流の堆積機構῎ 火山῍ 46, 117῍
120῎
町田 洋῏新井房夫 (1992) 火山灰アトラス῍ 東京大学
出版会῍ 276p῎
Manley, C. R. (1995) How voluminous rhyolite lavas
mimic rheomorphic ignimbrites: Eruptive style, emplacement conditions, and formation of tu#-like textures. Geology, 23, 349῍352.
Ohno, M. (1999) Dynamics and fragmentation of volcanic
eruption deduced from analyses of tephra fall depositsῌ
Application of Pinatubo 1991 eruption. Ph.D dissertation, Univ. of Tokyo, 191p.
Pallister, J. S., Hoblitt, R. P., Meeker, G. P., Knight, R. J.
and Siems, D. (1996) Magma mixing at Mount Pinatubo: Petrographic and chemical evidence from the 1991
deposits. In Fire and Mud; Eruptions and Lahars ofMount Pinatubo, Philippines (Newhall, C. G. and Punongbayan, R. S. eds.) 687῍731, Philippine Inst. of Volcanol. and Seismol. Quezon City and Univ. of Wash. Press,
Seattle.
ῑ編集担当 中川光弘ῒ