火山 第 57 巻 ( 2012)
第 4 号 145-158 頁

論 説

安山岩質降下軽石と溶岩流の結晶破砕度
─浅間火山と桜島火山の噴出物の場合─
安 井

真

也＊

（2011 年 11 月 7 日受付，2012 年 9 月 13 日受理）

Degrees of Fragmentation of Crystals Contained in Andesitic Pumice Fall Deposits and Lava
Flows: Case Study of the Eruptive Products of Asama Volcano and Sakurajima Volcano
Maya YASUI＊
Broken crystals are often contained in the eruptive products of explosive and nonexplosive eruptions. Although
little is known of the actual mechanism of crystal fragmentation, the broken crystal itself is useful for understanding
phenomena in the course from magma ascent to eruption. In order to describe the nature of broken crystals, the degrees
of fragmentation of plagioclase (referred to as “b/a value”, hereafter) were measured in this study. The b/a values wereobtained by dividing the length of a broken surface (b) by the circumference of the crystal (a) on the thin section.
Plagioclase contained in the following lava flows and pumice fall deposits of Sakurajima Volcano and Asama Volcano
were measured. In the case of the 1783 Asama eruption, the activity culminated to its climactic, pyroclastic eruption thatgenerated Plinian pumice falls and clastogenic lava flows and formed a pyroclastic cone after the intermittent Vulcanianeruptions for about three months. The 1914-1915 Sakurajima eruption progressed from the initial vigorous pyroclastic
eruption (Stage 1) via lava flowage with intermittent Vulcanian eruptions (Stage 2) to the long-lasting, gentle outflow oflava (Stage 3). The eruptive style of Stage 1 is similar to that of the climactic stage of the Asama 1783 eruption. The
eruptive style of the 1946 Sakurajima eruption was similar to that of Stage 2. Concerning the pumice fall deposits,
crystals in a single pumice clast and free crystals of various grain sizes were measured. Multiple timings and fields ofcrystal fragmentation are indicated from the following results. In the case of Stage 3 of the Sakurajima 1914-1915
eruption, a small amount of plagioclase shows smaller b/a values suggesting that a small amount of poorly fragmented
crystals was produced prior to the eruption. In this case, crystal breakage related to melt inclusions foaming during thedecompression of ascending magma and to shear-induced fragmentation of ascending magma near the conduit wall are
instanced as the possible mechanism. In the cases of Stage 2 and the 1946 eruption, b/a values are higher than that inStage 3. Crystal fragmentation within the conduit could occur, probably due to shock by repetitive Vulcanian
explosions. In the cases of Stage 1 of the Sakurajima 1914-1915 eruption and the climactic stage of the Asama 1783
eruption, average b/a values increased in the order of crystals in pumice clast, free crystals, and crystals in lava. Free
crystals consisting of broken surfaces without glass coating and crystal faces covered by vesicular glass are dominant. It
is considered that the abundant broken free crystals are produced by magma fragmentation and then by quenching oferupting pyroclastic materials in the eruptive column. Additional fragmentation during flowage can be considered within
the clastogenic lava flows.
Key words : broken crystal, fragmentation, pumice, free crystal, lava

1．は じ め に

積物のような著しいマグマの発泡・破砕を伴う火砕噴火

火山噴出物にはしばしば破片状の結晶が含まれる（例の産物に多く含まれるが（安井・菅沼，2003），溶岩にもえば Ross and Smith, 1961）．破片状結晶は，降下軽石堆

様々な含有量で含まれることがわかってきた（安井，＊〒156-8550 東京都世田谷区桜上水 3-25-40
日本大学文理学部地球システム科学科
Department of Geosystem Sciences, College of Humanities and Sciences, Nihon University, 3-25-40, Sakurajosui,

Setagaya-ku, Tokyo 156-8550, Japan
Corresponding author: Maya Yasui
e-mail: yasui.maya@nihon-u.ac.jp

146

安井真也

2006; 安井・他，2007）．結晶の破砕の機構に関しては，

ラムを作成し，軽石，遊離結晶，溶岩の比較や溶岩のユ

例えば Pallister et al. (1996), Best and Christiansen (1997)

ニット間の比較を行った（例 Fig. 2）．ヒストグラムの安や Allen and McPhie (2003) がデイサイト〜流紋岩質の噴定性をみるため，データをランダムに並び替えて二分し，出物についてメルト包有物の発泡による破砕や高粘性マそれぞれのヒストグラムの形状や平均値，標準偏差を検グマ内での剪断破砕を論じ，近年では結晶の破砕に関す討したところ，大きな違いが認められないため，測定数

る実験的検証も行われている（例えば，Gonnerman et al.,は十分であると判断した．また結晶の破砕度と粒径の関

2003; Kennedy et al., 2005, Forien et al., 2011）．しかしな係をみるため，個々の破片状結晶の断面積を Canvas でがら天然の噴出物の破片状結晶の観察事例は多くはな

測定し，それを正方形近似した一辺の長さを粒径としてく，実態が不明な点が多い．本研究では安山岩質マグマ

扱った．

の噴火様式と結晶の破砕の関係を知るため，異なる噴出

浅間・天明噴火と桜島・大正噴火の噴火推移の概要と，形態の堆積物に含まれる破片状結晶の破砕の程度（安測定対象とした噴出物の層準を以下に述べる．浅間・天井・菅沼，2003）に着目する．破砕度の測定対象として

明噴火（1783 年）では 5 月 9 日より火山灰や軽石を噴出

は，主に桜島火山の大正噴火と浅間火山の天明噴火の噴する噴火が断続しながら次第に規模が増し，活動開始約

出物を扱い，桜島の昭和溶岩や榛名火山の降下軽石とも3ヶ月後に激しい火砕噴火が起きた (Yasui and Koyaguchi,

比較をする．結晶の破砕度に加え，破片状結晶の含有量2004)．8 月 2 日から 4 日午後までにプリニー式噴火がや破砕組織の観察結果も合わせて検討することにより，断続的にあり，ESE 降下火砕堆積物の下半分が形成され結晶の破砕の時期と場，噴火様式との関係について考えた．この時期に噴煙柱の根元では大量の火砕物降下による．

る火砕丘の形成（釜山）と，火砕成溶岩（鬼押出溶岩）の流出が始まった．この間には火砕流も複数回にわたっ2．結晶破砕度の測定方法と対象て発生した（吾妻火砕流の一部ユニット）．4 日夜からの本研究では安井・菅沼 (2003) と同様の方法で破片状

約 15 時間にプリニー式噴火のクライマックスとなり，結晶の二次元的破砕度（b/a 値）を測定した．まず偏光顕降下軽石（21 番層），火砕丘の上半分，鬼押出溶岩の大半

微鏡で 1 枚の薄片全体にわたって写真撮影を行う．次にと吾妻火砕流の大半のユニットが噴出した．同じプリ

顕微鏡写真上の破片状結晶（径>0.1 mm）の輪郭（外周）

ニー式噴火で噴出した火砕物（軽石と火砕成溶岩）に含a と破断面の部分 b を作画ソフト Canvas を用いて別々まれる結晶の破砕度を知るため，ここではクライマックにトレースした後，a，b の長さを測定し，b/a 値を求め

スの降下軽石（21 番層）と鬼押出溶岩を結晶破砕度の測

た．b/a=0.3 と b/a=0.8 の例の顕微鏡写真を Fig. 1a と定対象とする．また比較のため，プレクライマックスのFig. 1b に示す．降下軽石堆積物を構成する遊離結晶と降下軽石 17 番層についても破砕度の測定を行った．

軽石粒子内部の結晶，および溶岩に含まれる破片状結晶

桜島大正噴火（1914-1915 年）では最初期に激しい火を測定対象とした．測定する鉱物種は，どの堆積物にも砕噴火が起き，その後ブルカノ式噴火が断続するととも多く含まれる斜長石とした．遊離結晶は，ふるいで粒度に溶岩の溢流が長期間継続した（安井・他，2007）．このを揃えてから樹脂で包埋し，できるだけ結晶の中心を通

活動は 3 つのステージに大別される．1 月 12 日に開始

るように薄片を作製した．軽石，遊離結晶，溶岩の各試したステージ 1 では，東西山腹の割れ目火口から最大 36料（詳細は後述）について，できるだけ 100 個前後の破時間に及ぶ激しいプリニー式噴火が起きて軽石が広範に片状結晶の b/a 値を測定した．任意の測定のために，薄降下した（大正軽石）．噴煙柱の根元では大量の火砕物

片全体にわたって撮影した写真すべてを b/a 値の測定対降下による火砕丘形成と，火砕成溶岩の流出があり（東象とした．しかし偏光顕微鏡写真において破断面が判定

西山腹の大正溶岩 T1 の一部ユニットに相当），時々小規

できる方向に切断された結晶は，各視野につき数個以内

模な火砕流も流出した．その後の約 20 日間のステージ

で，測定のできない視野もあった．多孔質な軽石や，元2 では，東西山腹とも割れ目上の複数の火口からの溶岩

来破片状結晶の含有量が少ない試料については，薄片の(T1) の溢流があった．ステージ 2 では断続的にブルカ

枚数を増やすことで測定数を確保した．ここでは浅間・ノ式噴火も起こって大量の降灰があった．1914 年 2 月

天明噴火と桜島・大正噴火の噴出物および桜島の昭和溶以降の活動（ステージ 3）は東側山腹に限られ，ブルカノ

岩の 52 枚の薄片に含まれる計 1,068 個の斜長石の破砕

式噴火の頻度は次第に落ちたが，最長で 20ヶ月以上の長度を測定した．なお試料毎の破片状結晶の破砕度を知る期にわたって穏やかな溶岩 (T2) の溢流が継続した．次のが目的であるため，破断面の認められない結晶（b/a 値の理由により，本研究ではステージ 1 の降下軽石（大正=0）は対象外とした．各試料について b/a 値のヒストグ

軽石）とステージ 1〜3 の溶岩（東西山腹の大正溶岩）を

安山岩質降下軽石と溶岩流の結晶破砕度

147

Fig. 1. Photomicrographs of broken plagioclase contained in lava flows. Symbols: X, cross polarized; P, plane polarized. (a)Photograph of lava of the Sakurajima 1914-1915 eruption. (b), (c), (d) and (e) Photographs of the Asama 1783 eruption.
(a) Example of poorly fragmented crystal (X). The degree of fragmentation (b/a value) is 0.3. Broken surface is shown by
white line. (b) Example of highly fragmented crystal (X). Value of b/a is 0.8. (c) Broken phenocrysts and abundant
crystal debris in the groundmass (P). Sample is taken from the terminal of the Onioshidashi lava flow. (d) Cracked
plagioclase (P). Thin section is the same as (c). (e) Enlargement of the cracked plagioclase of photograph (d) (P).
結晶破砕度の測定対象とする．ステージ 1 の降下軽石と討することで，火砕成溶岩，断続的なブルカノ式噴火に溶岩は，同じプリニー式噴火で噴出した火砕物に由来す

伴う溢流溶岩，穏やかな溢流溶岩に含まれる結晶の破砕るという点で，浅間・天明噴火のクライマックスの噴出度の比較が可能である．また比較のため桜島・1946 年噴物と比較が可能である．またステージ 1〜3 の溶岩を検火の昭和溶岩についても測定を行った．萩原・他 (1946)

148

安井真也
Table 1.

Summarized table of degree of fragmentation of plagioclase.

*: Measured number of plagioclase grains. b/a: the ratio of length of broken surface (b) to the total circumference of acrystal (a). “b/a value" was measured for plagioclase using the microphotographs. For detail, see chapter 2 in the text.

によれば，昭和溶岩は 1946 年 3 月 10 日頃から約 2ヶ月

桜島・大正軽石の軽石粒子に含まれる斜長石の平均 b/a

半にわたって溢流したが，溶岩流出の間もブルカノ式噴

値は 0.34 であり，輪郭の半分以上が破断面（b/a 値>0.5）

火が断続的に起こった．

である割合は 14 % である (Table 1)．桜島・大正軽石では b/a 値が 0.61 より高い粒子はみられず，浅間・天明軽3．軽石に含まれる結晶の破砕度

石 21 番層に比べ b/a 値の幅が狭い (Figs. 2a and 3a)．

浅間・天明軽石 21 番層を構成する軽石粒子に含まれる斜長石の平均 b/a 値は 0.39 であり，輪郭の半分以上が4．遊離結晶の破砕度

破断面（b/a 値>0.5）である割合は 25 % である (Table 1)．

浅間・天明軽石 21 番層に含まれる遊離結晶の斜長石

安山岩質降下軽石と溶岩流の結晶破砕度

Fig. 2. Frequency diagrams of the degree of fragmentation (b/a value) of plagioclase contained in theeruptive products of the climax of the Asama 1783
eruption. (a) Plagioclase contained in the pumice
clasts of the 21st layer of the pumice fall deposits (N=100). Number of thin sections is 7. (b) Free crystalsof the 21st layer of the pumice fall deposits (N=100). (c) Plagioclase contained in the Onioshidashi
lava (N=100). Number of thin sections is 4.

149

Fig. 3. Frequency diagrams of the degree of fragmentation (b/a value) of plagioclase contained in the eruptive products generated in Stage 1 of the Sakurajima
1914-1915 eruption. (a) Pumice clast of the pumice
fall deposit (N=80). (b) Free crystals of the pumice
fall deposit (N= 107). (c) Taisho lava (N = 137).
Number of thin sections is 6.
(Table 1)．桜島・大正軽石の場合は，遊離結晶の斜長石
全体の平均 b/a 値は 0.47 であり，輪郭の半分以上が破断全体の平均 b/a 値は 0.45 であり，輪郭の半分以上が破断

面（b/a 値>0.5）である割合は 42 % である (Table 1)．0.75

面（b/a 値>0.5）である割合は 35 % である (Table 1 andmm 以下の粒径では，細粒になるほど b/a 値の平均が大Fig. 2b)．次に量的に多い 0.75 mm 以下の粒径に注目すきく，かつ輪郭の半分以上が破断面である粒子の割合がると，細粒になるほど b/a 値の平均が大きく，かつ輪郭大きい (Table 1)．

の半分以上が破断面である粒子の割合が大きい (Table

以上に示した浅間・天明軽石と桜島・大正軽石では 0.

1)．比較のため，浅間・天明軽石 17 番層についてみると，

47 前後の破砕度の遊離結晶が多い．粒径に着目すると，

0.75-0.5 mm 区間で 21 番層に比べやや高破砕度である

どちらの事例でも 0.5 mm 以下の粒子に高い b/a 値を示

が，より細かい区間は 21 番層とほぼ同様の値を示す

すものが多い傾向がある (Fig. 4)．

150

安井真也

Fig. 4. Relationship between the degree of fragmentation (b/a value) and the grain size of broken plagioclase crystals. (a) Eruptive products of the climax of
the Asama 1783 eruption. (b) Eruptive products
generated in Stage 1 of the Sakurajima 1914-1915
eruption.

5．溶岩に含まれる結晶の破砕度
浅間・鬼押出溶岩の平均 b/a 値は 0.53，輪郭の半分以上が破断面（b/a 値>0.5）である割合は 54 % である (Table1)．桜島火山の大正溶岩のうち，ステージ 1 の溶岩に含まれる斜長石の平均 b/a 値は 0.53 であり，b/a 値>0.5 は
48 % である (Table 1)．同様にみていくと Table 1 およびFig. 5 より，ステージ 3 の溶岩はステージ 1 およびス
テージ 2 の溶岩に比べ破砕度が低く，輪郭の半分以上が破断面である結晶が他に比べ非常に少ないことが示される．またステージ 2 の溶岩と昭和溶岩は類似した破砕度を示す (Table 1)．またステージ 3 の溶岩 (Fig. 5c) は破砕度およびヒストグラムの形状が大正軽石 (Fig. 3a) と類似する (Table 1)．
次に桜島火山の溶岩の破片状斜長石含有量 (BPL)（安井・他，2007）と破砕度の関係を検討する．BPL の測定
方法は以下のとおりである．1) 約 8 倍の薄片の引伸し

Fig. 5. Frequency diagrams of the degree of fragmentation (b/a value) of plagioclase contained in the lavaof Sakurajima Volcano. (a) Stage 1 of the 19141915 eruption (N=137). Number of thin sections is
6. (b) Stage 2 of the 1914-1915 eruption (N=90).
Number of thin sections is 5. (c) Stage 3 of the
1914-1915 eruption (N = 101). Number of thinsections is 6. (d) 1946 lava (N=114). Number ofthin sections is 4.

写真を用意する，2) 顕微鏡下で径 0.5 mm 以上の破片状
斜長石斑晶を確認し，引伸し写真にマークする，3) ポイ

を 算 出 す る．BPL = 100 × (BPL* ÷ (BPL* + NPL)) こ こ

ントカウント法で破片状斜長石と破片状でない斜長石をで，BPL*：破片状斜長石のカウント数，NPL：破片状で測定する，4) 次式で破片状斜長石斑晶の含有量 (BPL%)

はない斜長石のカウント数．安井・他 (2007) によれば，

安山岩質降下軽石と溶岩流の結晶破砕度

151

桜島・大正噴火のステージ 1 の場合も，軽石に含まれる結晶，遊離結晶，溶岩に含まれる結晶の順に平均 b/a
値が大きくなる (Table 1)．輪郭の半分以上が破断面（b/a値>0.5）である割合も同様の順に大きくなる (Table 1)．
ヒストグラムの形状は遊離結晶と溶岩がやや似ている(Figs. 3b and 3c)．軽石は遊離結晶や溶岩に比べ b/a 値の幅が狭い (Fig. 3)．なお Fig. 3c は Fig. 5a と同じグラフである．
浅間・天明噴火も桜島・大正噴火も共通して，火砕成
溶岩は平均 b/a 値が 0.5 であり，輪郭の半分以上が破断
Fig. 6. Relationship between the content of broken
plagioclase (BPL %) and the average b/a value(degree of fragmentation) for each thin section of thelava of Sakurajima Volcano. Stages 1, 2 and 3 are
the lava flows of the 1914-1915 eruption.

面（b/a 値>0.5）である割合は 50 % 前後と，軽石や遊離結晶に比べ結晶の破砕度が高い．b/a 値と粒径の関係をみると (Fig. 4)，浅間・天明噴火では遊離結晶の相関係数
R=−0.4，火砕成溶岩は R=−0.1，軽石は R=−0.2 を示
す．桜島・大正噴火では遊離結晶の相関係数 R=−0.4，
火砕成溶岩は R=−0.3，軽石は R=−0.1 を示す．いず大正溶岩の破片状結晶量 (BPL) は，ステージ 1 の溶岩でれも相関は低いが，遊離結晶は b/a 値と粒径にやや相関

60 % 以上と高く，顕著な溶結組織を示すのに対し，スがあり，破砕度の高い結晶が細粒側に多いとみられる．

テージ 2 の溶岩は 50 % 前後で溶結組織はほとんど認められない．ステージ 3 の溶岩は数 10 % 前後と破片状結7．議晶に乏しく，溶結構造も認められない．

7-1

論
結晶の破砕過程の多様性

破片状斜長石含有量 (BPL) を測定した個々の薄片に以上の記載からは，降下軽石や溶岩流といった噴出形

ついて平均 b/a 値をみると，両者には正の相関がみられ，態の違いや，同じ噴火でも溶岩の流出時期の違いにより破砕度の高い方からステージ 1 の溶岩，ステージ 2 およ結晶の破砕度が異なることが示され，結晶の破砕過程がび昭和溶岩，ステージ 3 の溶岩の順である (Fig. 6)．こ多様であることが予想される．ここでは結晶の破砕度にのことから破片状結晶に富む試料ほど，個々の斜長石の加え，破片状結晶の含有量や破片状結晶の組織の特徴も破砕度も高いといえる．

あわせて，浅間火山と桜島火山の事例についての結晶の破砕過程を複数想定し，それぞれについて検討する．

6．軽石中の結晶，遊離結晶，火砕成溶岩中の結晶の破
砕度の比較

7-1-1

遊離結晶の破砕過程

今回観察した浅間火山・天明噴火と桜島火山・大正噴浅間・天明噴火の鬼押出溶岩と桜島・大正噴火のステー

火の降下軽石堆積物に含まれる 1 mm 前後の径の遊離結ジ 1 の溶岩は顕著なユータキシティック組織を示し，80 %晶は，同じ堆積物を構成する軽石粒子内に含まれる 1前後の高い破片状結晶量 (BPL) を示すことから，これら

mm 前後の斑晶と組織が同様であることから，マグマ中は溶結火砕岩であり，降下軽石をもたらしたプリニー式の斑晶が遊離したものと考えられる．全国 8 火山の 15

噴火時に火口近傍に降下した火砕物の集積と流動による事例の降下軽石堆積物について遊離結晶の破砕度 b/a 値

火砕成溶岩であると考えられている（Yasui and Koyaguchi,

を調べた安井・菅沼 (2003) によれば，どの事例の遊離結2004; 安井・他，2007）．ここではこれらの溶岩に含まれ晶も破砕度の幅が広い．また破片状の遊離結晶は断面形

る結晶の破砕度と，降下軽石堆積物を構成する軽石に含態の違いから次の 3 つのタイプに大別される（安井・菅まれる結晶および遊離結晶の破砕度の比較を行う．

沼，2003 の Fig. 3）．タイプ A：輪郭が結晶面と破断面か浅間・天明噴火のクライマックスの噴出物では，降下

ら成り，結晶面は“切手の縁"状の発泡したガラスに薄く軽石（21 番層）の軽石に含まれる結晶，遊離結晶，溶岩包まれるが，破断面はガラスに覆われていない，タイプに含まれる結晶の順に破片状斜長石の平均 b/a 値が大き

B：輪郭が結晶面と破断面から成り，共にガラスに包まくなる (Table 1)．輪郭の半分以上が破断面（b/a 値>0.5）

れる，タイプ C：不定形で輪郭のすべてが破断面で囲まである割合も同様の順番で大きくなる (Table 1)．ヒスト

れ，ガラスに覆われていない．タイプ A と B の例を Fig.

グラムの形状は遊離結晶と溶岩がやや似ている (Figs. 2b7d に示す．遊離結晶の多くはタイプ A であり，タイプ

and 2c)．

B は少ない．また細粒な結晶にはタイプ A の他，タイプ

152

安井真也

Fig. 7. Photomicrographs of broken crystals contained in the pumice fall deposits. Symbols: X, cross polarized; P, plane
polarized. (a), (b), (c) and (d) Photographs of the 21st layer of the pumice fall deposit of the Asama 1783 eruption.
Photograph of (e) a pumice grain of the Sakurajima 1914 eruption and (f) the Haruna mid-sixth century eruption. (a)Breaking plagioclase contained in a single pumice clast (P). (b) Same as (a). Penetrative cracks are seen in theplagioclase. Photomicrographs (b) and (c) are examples of plagioclase with cracks filled with vesicular glass (X). Arrows
show cracks. (d) Plagioclase free crystals of types A and B (P). Broken surfaces are shown by black lines. Thin glass
coatings are shown by arrows. (e) Note that crystal debris in the groundmass is scarce (X), (f) Note that abundant crystal
debris is scattered in the groundmass (X).

C も多い．今回観察した細粒の遊離結晶の多くは破砕度にマグマの破片（気泡と結晶を含むメルトや遊離結晶）が高く，上記の分類ではタイプ C かタイプ A である．

が 急 速 に 放 出 さ れ て 急 冷 さ れ る 状 況 が 考 え ら れ る．

プリニー式噴火における噴霧流内では気体成分とともMartel et al., (2001) は，急冷により結晶に亀裂が生じる

安山岩質降下軽石と溶岩流の結晶破砕度

153

定される; 可能性 1：結晶内部のメルト包有物の発泡による母結晶の破砕，可能性 2：高粘性マグマの上昇時の
剪断破砕，可能性 3：結晶集合体の分解．Pallister et al.
(1996) や Best and Christiansen (1997) は，結晶破砕の有力な機構として可能性 1 について議論し，Allen and McPhie(2003) は可能性 2 を有力視した．また Best and Christiansen(1997) は可能性 1 の他に可能性 3 によっても破片状の結晶が生成されることを述べている．
可能性 1 に関してここでは Fig. 7a と Fig. 7b に示した
Fig. 8. Schematic illustrations showing expected processes of crystal fragmentation generating variationsin free crystals of Types A, B, and C. (a) Formationof a fracture through the crystal in the bubbly flow,
probably owing to burst of melt inclusions duringdecompression of magma, (b) Formation of broken
free crystals of Type B owing to breakage of crystal
shown in (a) in the course of magma fragmentation.
Note that the whole crystal is surrounded by a thinmantle of vesicular glass. (c) Formation of broken
free crystals of Types A and C by rupturing of TypeB shown in (b), caused by quenching in the eruptive
column. For detailed discussion, see chapter 7-1-1.

浅間・天明軽石 21 番層の軽石粒子の組織に着目する．
この軽石粒子には，破砕の途上で凍結されたような産状の斜長石斑晶が含まれている．向かい合う破断面の間には発泡したガラスの領域が認められる．この斜長石は蜂の巣状組織を呈し，結晶内には運河状に気泡を含むメルトが分布している．高圧で取り込まれたメルト包有物が減圧時に発泡して母結晶を破砕することが考えられているが（Best and Christiansen, 1997 など），この場合もメルト包有物が発泡し，気泡が連結して結晶が破砕した可能性がある．このまま向かい合う破断面の間のメルトが破砕したとすると，画面左側の部分は，破断面がガラスに覆われたタイプ B の遊離結晶になると予想される (Figs.
8a and 8b)．実際には破断面の間のメルトの破砕は起きことを実験的に示し，熱衝撃による破砕を考えた．このず，斜長石周囲のメルトの温度がガラス転移点を下回っことから勢いよく上昇する遊離結晶は，急冷する際に収て粒子自体が硬くなって Fig. 7a の状態となったとみら

縮割れ目が生じて破砕する可能性がある．この時，細かれる． Best and Christiansen (1997) は，マグマの破砕の前く破砕した結晶の破片はタイプ C の遊離結晶になるとにはメルト包有物の発泡による結晶の破砕が卓越して起予想される (Fig. 8c)．以上からは，遊離結晶にみられる

こるが，急激な噴出時には急冷されるためメルト包有物

ガラスに覆われていない破断面は，軽石や遊離結晶を生の発泡による結晶の破砕は生じにくいと考えた．この斜じたマグマの破砕より後にできたと推察される．

長石を含む軽石粒子自体を作ったメルトの破砕と斜長石

タイプ A と B の遊離結晶には，薄いガラスの覆いがの破砕は，マグマの発泡と破砕過程において時期的にきみられる．多量の気泡を含むメルトが膨張するのに対し

わめて近接していると推測されるが，前後関係は不明で結晶がほとんど変形しないことによって応力が発生し，ある．いずれにしても Fig. 7a の組織は，マグマの発泡時

結晶周囲のメルトが細かく破砕したとすると，遊離結晶に結晶が破砕しうることを示唆する．ただし天明噴火の周囲のガラスが薄いことが説明できるかもしれない．火軽石の場合，破砕途上の組織は蜂の巣状斜長石にしばし

道内を上昇する気泡流マグマ内では，結晶の周囲はメルば見られるが (Figs. 7b and 7c)，清澄な斜長石には認めら

トとの接合部が少ないために，マグマの破砕時に選択的れないため，特定の組織の結晶に限る現象のようである．

に結晶の周囲が破砕して遊離結晶が生じる可能性もあ

桜島の大正軽石にも蜂の巣状斜長石が認められるが，メる．言い換えると，気泡流において結晶の存在する部分

ルト包有物をほとんど含まない斜長石も多い．従って可が選択的によく破砕し，元々結晶の少ない領域が軽石粒

能性 1 はプリニー式噴火のような著しいマグマの発泡を子になる，ととらえることもできる．

伴う噴火において，一部のメルト包有物に富む結晶の破7-1-2 軽石に含まれる結晶の破砕過程砕を説明しうる，といえるだろう．ただしメルト包有物

今回対象とした浅間火山・天明噴火と桜島火山・大正に乏しい結晶の場合も，後述する可能性 2 などの要因で噴火の降下軽石堆積物の軽石粒子内部の結晶には，b/a

潜在的な割れ目を獲得し，その後の周囲のメルトの発泡

値が 0.3 前後の破砕度の低い結晶片が存在する (Figs. 2aや，破砕後の急冷の過程で破砕することも考えられる．

and 3a)．このことは軽石の生成の前にも結晶の破砕が可能性 2 と可能性 3 については 7-1-3 でまとめて検討すあったことを示唆する．次のような結晶の破砕過程が想

る．

154
7-1-3

安井真也
溶岩に含まれる結晶の破砕過程

桜島・大正噴火のステージ 3 の溶岩は，ステージ 1 と9a のような結晶集合体が分解して生じたのかもしれない．つまり Fig. 9e の楕円内のような累帯構造が切られ2 の溶岩に比べ破片状斜長石の含有量が少なく，個々のた部分は，破片状結晶の破断面として認識されうる．集

斜長石の破砕度も低い (Figs. 5 and 6)．噴火当時の記録

斑晶はマッシュ状マグマ中での結晶ネットワークを示すによれば，ステージ 3 は爆発を伴わない穏やかな溶岩のと考えられている（中川，2008）．以上より，破片状結晶溢流だったため，火道内かより深所で少量の結晶が少しの一部は，噴出開始時にマグマ溜まり壁部の結晶に富む

欠けるような結晶の破砕過程を経て溶岩が地表に噴出し部分 (Marsh,1996) から結晶が引き剥がされて生じる可たものと考えられる．ステージ 3 の溶岩は大正軽石とも能性が考えられる．なお丸味を帯びた破断面は，流動す類似した破砕度を示す (Figs. 3a and 5c and Table 1)．発泡

るマグマ内で，近接する結晶片同士が磨耗しあったり，が著しい軽石と発泡が顕著ではないステージ 3 の溶岩のマグマ中での再加熱で溶融して生じる可能性もあり，今結晶の破砕度が共通して低いことは，マグマの発泡自体

後これらの予察を検証するための観察や定量的な検討がは著しい結晶の破砕をもたらさないことを示すのかもし必要である．

れない．

桜島・大正噴火ステージ 2 の溶岩と昭和溶岩の結晶破Allen and McPhie (2003) は，オーストラリアとニュー

砕度と破片状結晶の含有量が似ている (Figs. 5b, 5d, andジーランドの流紋岩質の溶岩流と溶岩ドームに含まれる

6)．これらはステージ 3 の大正溶岩より破砕度が若干高結晶片の含有量が 20 % 以下であることを示し，単一のい (Figs. 5 and 6)．どちらの事例も溶岩の流出時にブル結晶に復元可能な結晶の破片が近接する場合が多いこと

カノ式の爆発が断続的に起こっている．ブルカノ式噴火から，高粘性マグマの火道上昇から噴出時の剪断によるにおける結晶の破砕については 7-2 でも後述するが，例結晶の破砕を考えた．最近では火道壁付近でのマグマのえば浅間火山の火山弾を観察した安井・他 (2005) は，亀剪断破砕と脱ガスとの関連も議論されているが（例えば裂に富む結晶，単一の結晶に復元可能な結晶片がジグ

Rust et al.,2004; 中村，2011）,そのような場を想定した実

ソーパズル状や小断層状に近接する組織，火砕脈状の組験において剪断応力に誘発された結晶の破砕が生じるこ

織，が顕微鏡下で認められることを示し，繰返される爆とが再現されている (Forien et al.,2011)．剪断破砕の場

発の衝撃により爆発点の周囲のマグマに破砕が及ぶこと

合は，破砕後固化するまでマグマの変位量が十分小さけを論じた．桜島のステージ 2 の大正溶岩や昭和溶岩の場

れば，単一の結晶に復元可能な結晶片が近接する組織の合も爆発に伴う衝撃により結晶が破砕した可能性は否定

形成が予想されるが，ステージ 3 の溶岩にはそのようなできない．しかしステージ 2 の大正溶岩と昭和溶岩には組織はほとんど見られない．火道中心部を上昇するプラ

破片状結晶が近接する組織がほとんどみられないため，

グ状のマグマ内では破砕が起きにくく，破砕した周縁部

衝撃破砕の場合はその後の流出過程で結晶片が散逸するとの境界部で破片状結晶を取り込んだためにステージ 3

過程が必要である．

の溶岩に少量の破片状結晶が含まれるのかもしれない．

浅間・天明噴火と桜島・大正噴火のステージ 1 の火砕Best and Christiansen (1997) は半自形から他形の輪郭を成溶岩に着目すると，火砕成溶岩は同じ時期に噴出したもつ一部の破片状結晶が，結晶の破砕ではなく結晶集合

軽石や遊離結晶よりも破砕度が高く，輪郭の半分以上が体の分解により生じることを論じた．これは結晶が機械破断面である割合も高い (Figs. 2 and 3)．火砕成溶岩に的に破砕する以外にも破片状の結晶が生じうることを意

含まれる結晶の破砕度が高い原因としては，火口近傍へ味する．鬼押出溶岩や大正溶岩には集斑状組織や集斑晶の火砕物（軽石や遊離結晶）の降下・集積後の圧密や流と記載されるような結晶集合体が普通に見られ，粒間に動時の溶岩基底部などでの剪断によりさらに結晶が破砕

は気泡を含むガラスが認められることもある．ステージ

することが考えられる．例えば噴出時の急冷により割れ3 の溶岩に含まれる結晶集合体の顕微鏡写真を切り抜い目を獲得した結晶の場合は，溶岩の流動時に容易に破砕てみると，異なる結晶の接合部は直線的ではなく，ややするかもしれない．鬼押出溶岩は平均 80 %（薄片数 23）

丸味を帯びた凹凸に富む (Figs. 9b, 9c, and 9d)．この結晶と高い破片状結晶含有量 (BPL) を示す．鬼押出溶岩の集合体を構成する斜長石の累帯構造は異なる結晶との接先端部では BPL が 96 % とさらに高く，細粒の結晶片に合部で切られている（Fig. 9e の楕円内）．一方，ステージ

富み (Fig. 1c)，亀裂を有する斜長石も見られる (Figs. 1d

3 の溶岩に含まれる単体の破片状結晶には，Fig. 1a やand 1e)．このような観察事実は，火口近傍での火砕物集

Fig. 1b の例のような，破断面が直線的なものと，丸味を積から流下の過程での付加的な結晶の破砕を示唆する．

帯びた凹凸に富むものの両方が見られる．直線的な破断

火砕成溶岩に含まれる結晶の破砕度の高さは，多段階の面は機械的破砕を示唆するが，凹凸に富む破断面は Fig.

破砕が積算されたものと考えられる．

安山岩質降下軽石と溶岩流の結晶破砕度

155Fig. 9. Photomicrographs of a crystal clot contained in the lava of Stage 3 of the Sakurajima 1914-1915 eruption. Symbols:
pl, plagioclase; ol, olivine; X, cross polarized; P, plane polarized. (a) Whole view of the crystal clot which consists ofcrystals of plagioclase and olivine (P). Squares and a circle show the areas of photographs (b), (c), and (d). (b), (c), and(d) Cutouts of the crystal clot. Note that the boundaries between different crystals are subhedral to anhedral in shape (X).
(e) An ellipse in the photograph shows the boundary between plagioclase and olivine. Note that the zonal structure of theplagioclase is cut off at the boundary (X).

7-2結晶の破砕と噴火様式

越するかを考える．Fig. 10 にはプリニー式噴火，ブルカ

7-1 の検討結果を考え合わせると，結晶の破砕の時期

ノ式噴火，断続的ブルカノ式噴火と溶岩溢流，穏やかなと場，および破砕機構は多様であるとみられる．以下で溶岩溢流，の 4 通りの場合について，考えうる結晶の破は噴火様式の観点から，どのような場で結晶の破砕が卓砕の場を模式的に示した．

156

Fig 10.

安井真也

Schematic illustrations showing the timings and fields of crystal fragmentation in the different eruptive styles.

まずプリニー式噴火に関して，7-1-1 では，マグマのB の遊離結晶も生じうる．タイプ B および破断面をも

破砕後の急冷過程でタイプ A やタイプ C の遊離結晶がたない遊離結晶がマグマの破砕で生じ，その後の噴出過多産される可能性について論じた（Fig. 10a のケース 1）．

程でさらに破砕されてタイプ A やタイプ C の遊離結晶

この場合は，ガラス転移点以下に温度が低下するまで噴が多産されると考えると，タイプ B の遊離結晶が少ない

煙内でマグマ片の破砕が進行し，火砕物全体の粒径分布という事実も説明できる．

も時々刻々と細粒側へと変化することが予想される．し浅間・天明軽石 21 番層の軽石には，破片状結晶に乏し

かし，この過程では破断面もガラスに覆われるタイプ B

い粒子とやや富む粒子がある（安井，2008）．21 番層をの遊離結晶は生じにくいと考えられるため，タイプ B にもたらしたクライマックスのプリニー式噴火の前には断ついてはそれ以前の結晶の破砕過程を考える必要があ

続的な爆発的噴火が繰返されて多数の降下軽石の降下単る．

位が形成されたが，この時期の活動では，毎回マグマがマグマの著しい発泡と破砕により気泡流から噴霧流へ

火道浅部まで上昇し，脱ガスを起こすだけの時間一旦停流れの状態が大きく変化するプリニー式噴火では，マグ滞してから破砕・爆発したことが考えられている（佐藤・マの破砕の仕方により遊離結晶のタイプも異なることが

中村，2009）．ドーム崩壊により火道中央部のマグマが予想される．まず可能性の一つとして脆性破壊によるマ

急激に減圧発泡・破砕して噴出し，火道壁付近のマグマ

グマの破砕を考える．脆性破壊の場合，メルトも結晶もが遅れて発泡・破砕するという Conduit implosion モデル

共に粉砕して破断面にガラスの覆いのないタイプ A やも提唱されているが (Kennedy et al.,2005)，天明軽石 21

タイプ C の遊離結晶が生産されうるが，タイプ B の遊番層の破片状結晶に富む軽石は，プレクライマックス期

離結晶は生じにくいと予想される．また軽石粒子内にもに火道壁付近で破砕のすすんだ部分に由来するのかもし

単一の結晶に復元可能な結晶片が近接する組織が残るこれない．他の考え方としては，破片状結晶に富む粒子は，とが予想されるが，今回観察した浅間火山と桜島火山のマグマが破砕して生産されたマグマ片（軽石や火山灰）

軽石にはほとんど見られない．他には気泡の破裂と周囲と破片状の遊離結晶が，火道上部や噴煙内で再結合しての気泡との連結によりマグマが破砕する可能性，が挙げ生じる可能性もある．これは軽石粒子自体が単一のマグられる．この場合は破断面の有無に関わらず結晶はガラ

マの破砕過程で生じたのではなく，破砕と結合の過程をスに覆われると予想され，深部での破砕（Fig. 10d のケー

経ている場合もあることを示唆する．

ス 3）により既に破断面を有する結晶があれば，タイプ

榛名火山の 6 世紀中葉噴火の降下軽石 (FP) の場合は，

安山岩質降下軽石と溶岩流の結晶破砕度

157

軽石粒子内部の結晶の平均破砕度が 0.6 と高く，輪郭のいずれも結晶片が隣接する組織であるが，桜島火山・ス

半分以上が破断面である割合も浅間や桜島の測定結果にテージ 2 の大正溶岩と昭和溶岩の場合はそのような組織比べ明らかに高い（Table 1, 安井・他，2009 の図 8）．まがほとんど見られない．7-1-3 で述べたように結晶の破た浅間・天明噴火や桜島・大正噴火の軽石と同一スケー

砕後に結晶片が溶岩流内で散逸する機構を今後検討する

ルで比較すると FP の軽石は細粒な結晶片に富む (Figs.

必要がある．

7c, 7e, and 7f)．従って FP の場合は，細粒な結晶片を巻き込むような粒子結合があったのかもしれない．しかし

8．ま

減圧率が大きいと結晶片がより細粒になるという実験結

安山岩質降下軽石と溶岩流に含まれる破片状結晶の破果もあり (Martel et al., 2001)，マグマの破砕以前に結晶とめ

砕度を調べた結果，以下のことがわかった．

の破砕が進行していた可能性もある．メルトには結合の(1) 浅間火山・天明噴火と桜島火山・大正噴火の場合，痕跡が残りにくい（中村，2011）ため，粒子結合か否か

降下軽石と溶岩流といった噴出形態の違いや，同じ噴火の判断が難しい例といえよう．

でも溶岩流の流出時期により結晶の破砕度が異なること

以上の議論を整理すると，プリニー式噴火における結から，結晶の破砕の時期や場は多様であると考えられる．

晶の破砕は，マグマの上昇，発泡，破砕，火砕物の噴出(2) 桜島・大正噴火の溶岩流の場合，破片状結晶に富と急冷の過程で起きている可能性がある．つまり，メルむユニットほど，個々の斜長石の破砕度も高い．噴火推ト包有物に富む結晶は発泡するマグマ内で破砕しうる

移や噴出形態を考えあわせると，ステージ 1 のプリニーが，そうでない結晶も，火道壁付近でのマグマ上昇時の式噴火に伴う火砕成溶岩の結晶破砕度が最も高く，顕著剪断破砕や，破砕したマグマ片の噴出時の急冷の際に破なマグマの発泡・破砕を伴う噴火では高い破砕度の破片

砕することが予想される．また乱流状態の噴煙柱内を上状結晶が多産されると考えられる．ステージ 2 の溶岩は昇する粒子同士の衝突による磨耗や破砕も起きるのかも

昭和溶岩と破砕度が似るが，どちらもブルカノ式噴火がしれない．プリニー式噴火を理解する上での制約条件の断続する時期に溢流している．爆発による衝撃などによ一つとして，多段階の結晶の破砕過程を今後さらに検討

り火道内マグマの結晶も破砕した可能性がある．穏やかする必要がある．

に溢流したステージ 3 の溶岩には破砕度の低い結晶が少次に溶岩溢流（非爆発的噴火）の場合の結晶の破砕を量認められ，深部での結晶集合体の分解や，マグマ上昇

考える．穏やかな溶岩溢流の事例の一つである桜島・大時の火道壁付近での剪断破砕により破片状結晶が生産さ

正噴火のステージ 3 の溶岩には低破砕度の破片状結晶がれると考えた．ステージ 1 の降下軽石の軽石内部に含ま数 10 % ほど含まれる (Fig. 6)．この場合はプリニー式噴れる結晶も同様に破砕度が低く，軽石粒子を生成したマ

火のような顕著なマグマの発泡はないと考えられること

グマの破砕以前の結晶の破砕過程を示唆する．

から，上昇時の火道壁付近での剪断破砕あるいは，より(3) 激しい火砕噴火を行った桜島・大正噴火のステー

深部での破砕によるものとみられる (Fig. 10d)．一つのジ 1 と浅間・天明噴火のクライマックスの噴出物を比較可能性としては，7-1-3 の議論のようにマッシュ状マグ

すると，どちらも軽石に含まれる結晶，遊離結晶，溶岩

マ溜まりからの上昇時の結晶集合体の分解による破片状の順に結晶破砕度の平均値が大きくなる．また遊離結晶の結晶の生成が予想される．爆発的な噴火の場合でもマと火砕成溶岩は軽石に比べ高破砕度の細粒な結晶に富グマ上昇の出発段階として，言い換えればバックグラウ

む．軽石や遊離結晶を生産したマグマの破砕に加え，噴ンドとして，数 10 % の破片状結晶の含有を想定する必出時の急冷の過程でも高破砕度の遊離結晶が生じ，また要があるのかもしれない．
最後にブルカノ式噴火の場合の結晶の破砕について考

火口近傍への火砕物の降下・集積と火砕成溶岩の流下の過程でも結晶の破砕が生じたと考えられる．

える．桜島火山・ステージ 2 の大正溶岩と昭和溶岩の場(4) 多様な結晶破砕の時期や場が想定されることか合，溶岩の溢流を行いながらブルカノ式噴火が断続的にら，高破砕度の破片状結晶には，マグマの著しい発泡や生じていたため，ブルカノ式噴火と類似した状況が予想さ

噴出時の急冷などに伴う破砕の過程が積算されている可れる (Fig. 10c)．ブルカノ式噴火における結晶の破砕機能性がある．

構としては，爆発点の周囲のマグマの衝撃破砕（安井・他，2005），減圧下での等方的な気泡膨張時の伸張による謝

結晶破砕 (Miwa and Geshi, 2012)，Conduit implosion (Kennedy

元日本大学文理学部の荒牧重雄博士には，結晶の破砕

et al., 2005) などがあり，多様な結晶の破砕の機構が存在度の測定方法に関してご助言をいただきました．東北大する可能性もある．これらの根拠となった観察事実は，学の中村美千彦博士と東京大学地震研究所の市原美恵博

辞

158

安井真也

士には結晶の破砕現象について貴重なコメントをいただ
きました．編集委員の宮城磯治博士，査読を担当された
佐藤博明博士と宝田晋治博士には本論を改善する上で多数の建設的なコメントをいただきました．以上の方々に深く感謝いたします．
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（編集担当

宮城磯治）