火山 第 61 巻 ( 2016)
第 1 号 79-89 頁

総 説

島弧マグマと地殻形成：マントルから大陸を創る
田 村 芳 彦＊（2015 年 11 月 2 日受付，2015 年 12 月 24 日受理）

Arc Magmas and Crust Formation : Genesis of the Continental Crust from the Mantle
Yoshihiko TAMURA＊
Arc lavas are characteristically evolved, multiply saturated, and rich in phenocrysts. Recent work in the Marianaarc, however, has shown that small parasitic cones on the flanks of larger volcanoes at the depth of 〜2,000 m often yieldmafic lavas which are not found in the main edifice. Finding and studying such lavas is fundamental to understand thenature of the mantle source and the processes that yield intermediate arc magmas. Additional recent observation isvariations in the crustal thickness and its internal structure which is closely related to the average compositions of thelavas from the Quaternary volcanic front in the Izu-Ogasawara arc. I attempt to combine the geophysical findings withthe petrology of the volcanic rocks from the oceanic arc in order to understand how the ancient Earth covered by a global
ocean developed to the present.
Key words : arc volcano, crustal structure, andesite, continental crust, basalt
1．は じ め にており，本総説と重複するトピックスであるので是非参

地球は太陽系で唯一，海洋と大陸を持つ惑星である．

照されたい．

海洋地殻は玄武岩で構成されているが，大陸地殻は平均

この総説は，島弧マグマと地殻形成がテーマである．

組 成 60 wt% SiO2 の 安 山 岩 で あ り (Fig. 1, Rudnick and第一に必要なことは，プレートの収束境界において最初

Gao, 2003) それは太陽系で地球だけに存在し，地球の表にどのようなマグマが生成されるのか，である．プレー

層地形の二分性を担うユニークな物質である．大陸地殻

ト収束境界のマントルは，くさび状の形からマントルウ

はいつ，なぜ，どこで，どのようにして形成されたので

エッジと呼ばれる．マントルが溶けてできた未分化のマあろうか．今も大陸地殻は生成されているのであろう

グマは初生マグマと呼ばれる．つまり，マントルウエッ

か．究極的な問題は，大陸の平均組成，つまり，海洋地

ジの部分融解で生じる初生マグマの組成をまず明らかに殻とは対照的な組成を有する「安山岩」の成因でもある．

することが必要である．初生マグマはその後様々に分化

大陸形成論には大きく 2 つの潮流がある．肥厚した玄武

して，地表に噴出および地殻に貫入し，島弧地殻を形成

岩質下部地殻の再融解が重要と考えるものと，プレートする．島弧地殻が最終的には大陸地殻へ分化すると考えの収束境界（沈み込み帯）のマグマ生成が重要と考える

ると，「島弧マグマと地殻形成」はプレート収束境界でのものである．Arndt (2013) は大陸地殻の形成と成因に関マグマ活動を通して，「マントルから大陸を創ること」にする最近の総説であるが，前者に関する解説と議論が詳他ならない．島弧初生マグマは，玄武岩から安山岩までしく示されている．一方，Arndt (2013) にはあまり言及の 組 成 を 持 つ と 考 え ら れ て い る（巽，2003 ; Kushiro,

されていないが，プレートの収束境界でのマグマ生成が2007）．一方，一般的に，島弧マグマは斑晶も多く，マン大陸地殻を形成するという議論も古くから存在し，そのトルと平衡な初生マグマから著しく分化している．地殻先駆とも言える Taylor (1967) の安山岩モデルは未だ健がある限り，島弧初生マグマを直接手に入れるのは不可在である．巽 (2003) にはこの立場でのまとめも示され能である，と多くの岩石学者が感じていた．ところが偶＊〒237-0061 神奈川県横須賀市夏島町 2 番地 15
国立研究開発法人海洋研究開発機構海洋掘削科学研
究開発センター
Research and Development Center for Ocean Drilling

Science, JAMSTEC, 2-15 Natsushima-cho, Yokosuka
237-0061, Japan.
e-mail : tamuray@jamstec.go.jp

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然にも，マリアナ弧の海底火山の斜面，水深 2,000 メー

2013)．この作用が現在伊豆弧と本州の衝突帯で起こってトル前後の深海に，初生マグマに近い未分化なマグマがいるかもしれない (Tamura et al., 2010)．

かなり普遍的に噴出していることが最近の海洋研究開発

島弧地殻の生成は空間的に一様ではなく (Kodaira et al.,機構 (JAMSTEC) による深海調査でわかってきた (Tamura

2008)，火山の地下において成長するため，火山の分布に

et al., 2011, 2014)．一方，マリアナ弧の深海から採取され制御されている．火山の分布は「マントルホットフィン

た未分化マグマおよびそれを基にして求められた初生マガー」と呼ばれるマントル融解の分布に支配されているグマの平均は玄武岩質（48.2 % SiO2および 16.4 % MgO,

(Tamura et al., 2002)．よって「マントルホットフィン

Tamura et al.，2014）であり，主要元素に関しては組成のガー」の成因とその安定性，およびマントル融解と地殻幅は小さい (Fig. 1)．大陸地殻の平均組成は分化した安成長との関係 (Obana et al., 2010) が重要となる．さら山岩（60.6 % SiO2 および 4.7 % MgO, Rudnick and Gao，に，近年のオフィオライト研究や，陸域の島弧初生マグ

2003）であるから，依然として玄武岩質初生マグマと大マの研究，さらに太古代の地殻岩の生成に関する研究は，

陸地殻（安山岩）との間には大きな隔たりがある．つま大陸地殻の成因研究に重要な進歩をもたらしている（Behn

り，マントルと大陸地殻の間にはミッシングリンクが存and Kelemen, 2006 ; Behn et al., 2011 ; DeBari and Greene,

在している．一見すると，厚い大陸地殻の中に，初生玄2011 ; Moyen and Martin, 2012 ; Dhuime et al., 2012 ; Jagoutz

武岩マグマを大陸の安山岩へと分化させるミッシングリ

and Behn, 2013 ; Arndt, 2013 など）．一方，現行の海洋島

ンクがあり，大陸（安山岩）を生成するためには大陸（厚弧の地殻構造，海底探査による初生マグマの採取・分析・い地殻）が必要である，という仮説を多くの研究者が暗解析は，現在のところ JAMSTEC の独壇場である．本小黙に了解している節がある．しかし，大陸を生成するた論は，地殻構造とマグマの相互関係を捉え，海洋島弧かめには大陸は必ずしも必要ではないことが最近明らかに

ら大陸の成因に迫ろうとする試みを概観したものであされた．それを明確に示したのは，2013 年 11 月に再開

る．沈み込み帯における大陸の成因に関して別の立場かした西之島の火山活動である．この活動は薄い島弧地殻

らの議論（たとえば巽，2003）をあわせ読むことによっにおける分化した安山岩マグマの噴出であった．マントて，大陸の成因という迷宮とそれを解明しようとする試

ルに一番近い島が大陸地殻を形成しているのである．こみに対して理解が深まるものと考える．

の西之島の噴火は安山岩成因論，大陸成因論に新たな一石を投じている (Fig. 1)．

2．水深 2,000 メートルから未分化溶岩を採取する

プレートの収束境界では，一般的には，密度の小さい

プレートの収束境界におけるマグマは，特徴的といえ大陸プレートの下に密度の大きい海洋プレートが沈み込るほど斑晶に富み，分化している．特に安山岩マグマは，む．しかし，海洋プレートに海洋プレートが沈み込んで一度固結した岩体が加熱されて再融解したもの（Blundy

いる場合もある．後者の場合，沈み込まれた海洋プレー

and Sparks, 1992 ; Murphy et al., 2000 ; Tamura et al., 2003

トには海溝に沿って火山島と海底火山からなる海洋島弧など）や地殻の混染，マグマ混合など複雑な過程を経てが形成される．伊豆小笠原マリアナ弧やトンガーケルマ

きたもの（Sakuyama, 1979, 1981 ; Gamble et al., 1999 ; Kent

ディック弧は典型的な海洋島弧といわれている．一見不et al., 2010 ; Price et al., 2012 など）が普遍的に存在する．

思議なことに，これらの海洋島弧には流紋岩マグマも大よって，安山岩の全岩組成からマントル由来のメルトの量に噴出することが知られている (Tamura and Tatsumi,

組成を推測するのは難しい．分化している溶岩は地殻内

2002 ; Wright et al., 2006)．さらに伊豆弧においては玄武のマグマ溜まりの情報を保持しているが，マントルにお岩火山と流紋岩火山が火山フロントに沿って交互に出現

ける出来事を語ることはできない．著者らは JAMSTEC

し，その分布は伊豆弧の島弧の地殻構造と見事に対応すによる海底火山調査 (NT05-17, NT10-12) によって，マる (Kodaira et al., 2007a)．島弧地殻構造とマグマ組成のリアナ弧の海底火山 NW Rota-1 およびパガン火山の海

対応は，海洋島弧の流紋岩マグマ成因に大きな示唆を与底斜面（水深 2,000 メートル付近）より，地表では確認さえている．

れていない未分化な玄武岩溶岩を採取した．特にパガン

地震波速度構造において島弧地殻と大陸地殻の決定的の海底斜面で採取された岩石は MgO が 10-12 wt% あっ

な違いは，島弧地殻における高速度の（よって鉄マグネた．これらは，これまでマリアナ弧で採取された中で最シウム鉱物に富む）下部地殻の存在である (Suyehiro etも未分化な溶岩であり，さらに含まれるかんらん石斑晶

al., 1996 ; Taira et al., 1998 ; Tatsumi et al., 2008)．島弧をのフォルステライト値（かんらん石はマグネシウムかん大陸にするためには島弧下部地殻を引きはがす必要があらん石 (forsterite ; Fo) と鉄かんらん石 (fayalite ; Fa) を端る (Taira et al., 1998 ; Tatsumi et al., 2008 ; Jagoutz and Behn,

成分としてその間に固溶体をつくる．Fo 成分のモル %島弧マグマと地殻形成：マントルから大陸を創る

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Fig. 1. Comparison of major elements among primitive mantle (Takazawa et al., 2000), average primary basalt
magma from Pagan volcano in the Mariana arc (Tamura et al., 2014), average bulk continental crust (Rudnick
and Gao, 2003), and Nishinoshima lavas in the Ogasawara Arc, which erupted 40 years ago (S. Nakano, 2013
personal communication, https : //gbank.gsj.jp/volcano/Act_Vol/nishinoshima/index.html). Nishinoshima lavas
are andesitic and have compositions similar to those of continental crust.

をフォルステライト値と呼ぶ）は Fo94 に達するものもある (Tamura et al., 2014)．この未分化溶岩を用いてマリ
アナ弧における初生玄武岩マグマ組成を決定し，一つの火山における初生玄武岩マグマの組成の幅やマントルでのマグマ生成条件が明らかにされた (Tamura et al., 2011 ;Tamura et al., 2014)．その結果，沈み込むプレートから火
山フロントに供給される成分（サブダクション成分）は水に富む堆積物メルト（ケイ酸塩メルト）と水に富む炭酸塩メルト（カーボネイトメルト）であるという結論に至った．両者の流体は不混和であるため，マントル融解にはおのおの別々に関与する．よって一つの火山においても，それぞれのサブダクション成分を持つ二種の初生玄武岩マグマが存在する (Tamura et al., 2014)．沈み込む
プレート直上の温度条件下におけるカーボネイトメルトの生成に関しては，未だ議論がある (Gorman et al., 2006 ;Kumagai et al., 2014)．Mibe et al. (2011) や Kawamoto etal. (2012) は高圧実験の結果から，沈み込むプレートから供給される，水を主体とした流体と堆積物メルトは共存すると考えているが，CO2 の移動に関してメルトとして移動するとは特定していない．陸上の火山では，従前から，成層火山周辺の寄生火砕丘などには，比較的未分化なマグマが噴出することが知られている．それと同様

Fig. 2. Cartoon showing a cross-section of island volcano.
Several works in the Izu-Bonin-Mariana arc haveshown that small parasitic cones on the flanks of larger
volcanoes at the depth of ~2,000 m often yield more
mafic lavas than the main edifice.

に，我々の 2005-2013 年に及ぶマリアナ弧海底火山の深海調査の経験から水深 2,000 メートルでは未分化なマグ山の深海部はほとんど調査されていない．より水深の深マがほぼ普遍的に噴出する，ということがわかってきたい部分を調査して初生マグマを探すこと，が今後のター(Fig. 2)．従来は海底火山の山頂部や水深の浅い部分を主

ゲットの一つであろう．しかし，地殻構造と初生マグマにドレッジなどにより溶岩を採取していたため，海底火という観点でいうと，なぜ深海に未分化マグマが噴出す

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るのかを明らかにすることが今後の課題である．

いることが火山岩に含まれるかんらん石斑晶中の流体包有物（メルトインクルージョン）の研究などから明らか

3．安山岩マグマと薄い地殻になっている（Kelley et al., 2010 ; Parman et al., 2011 な

マントルから如何に安山岩組成の大陸地殻をつくるかど）．マリアナの火山の研究で得られた初生マグマは「水は依然として地球惑星科学における大きな謎として残っに富む初生玄武岩マグマ (Tamura et al., 2011, 2014) 」でている (Fig. 1)．肥厚した玄武岩質下部地殻の再融解があり，「水に富む初生安山岩マグマ」は未だ見いだされて重要か，あるいは沈み込み帯のマグマ生成が重要かで，いない．

大陸形成論には大きく 2 つの潮流がある．前者は Arndt

このジレンマに一つの解決策の可能性を与えたのが西(2013) などの総説に詳しい．後者に関しては，大きく分之島の噴火である．その前に，まず，なぜ西之島を取りけて，島弧の初生マグマが安山岩質か玄武岩質かどうか，上げるのかを説明する必要があろう．一つの地域を徹底

また前者の成因に沈み込むプレート（スラブ）からのシ的に調査して，その結果を一般化しようとするのはサイリカ（SiO2 成分）に富んだメルトの寄与を求めるかどう

エンスとして正しい方向である．一方，特定の事例（こかなど，島弧初生マグマの生成に関する議論が本質的でこでは西之島）を一般化するにはまだ時期尚早であり，ある．（Taylor, 1967 ; Hofmann, 1988 ; Tatsumi et al., 2008

さらに地殻の薄い水曜・火曜・土曜海山らをさらに調査など）．さらに，地球史のうち，どの時代に現在ある大陸

し，データを蓄積して議論していく必要がある，というの大半が形成されたかの議論とあわせ，どのメカニズム

意見も当然である．また，大陸の成因を語るには，特定に重きを置くのかで議論がある（Arndt, 2013 の総説なの島弧ではなく，世界の他の島弧ではどうなっているのど）．Taylor (1967) は大陸地殻の平均組成が安山岩（カかの比較は必要であろう．一方で，現状では，世界の他

ルクアルカリ安山岩）であること，カルクアルカリ安山の島弧は，未だ伊豆小笠原弧ほどの精度で地殻構造とマ岩マグマが沈み込み帯の火山に特徴的であることから，グマの関係が明らかになっていない．たとえば，伊豆小大陸地殻が沈み込み帯の火山活動で生じると論じた．彼

笠原弧と類似した海洋島弧といわれるトンガ-ケルマ

は沈み込み帯のマントルウエッジの部分融解により安山

ディック弧において海底地震計を配置して地殻構造を明岩質の初生マグマが発生すると考えていた (Taylor and

らかにし，無人探査機で海底火山を広域に調査し，試料White, 1965)．Kelemen et al. (2005) はスラブからのシリを採取するという提案がなされているが，まだ実行はさカに富んだメルトの寄与をうけた未分化安山岩マグマかれていない1．よって，現状では西之島を引き合いに出らの結晶分化が大陸生成に本質的であると考えている．

してそれを一般化するのは今後の方向性も含めて正当な

久城育夫はエンスタタイト（頑火輝石）が含水下では 3

議論であろう．そこで，議論を再び西之島へ戻そう．東GPa までかんらん石とメルトに不調和融解すること

京から南へ 1,000 km，太平洋のただ中に位置する西之島(Kushiro et al., 1968)，および単純な系 (forsterite-diopside-

において，2013 年 11 月以来，活発な火山活動が続いて

silica, forsterite-nepheline-silica, forsterite-CaAl2 SiO6 -silica)

いる．海底火山の噴火により拡大を続けている西之島において forsterite の安定領域が含水下で拡大することは，直径およそ 2 km，高さ 140 m 以上に成長し，40 年前(Kushiro, 1972) など高温高圧融解実験の結果から，島弧の噴火で形成された旧西之島を飲み込み，なおも拡大をの含水マントルウエッジの部分融解により安山岩組成の続けている（2015 年 10 月現在）．Fig. 1 はマントル，初マグマが発生すると考えた．Kushiro (1990, 2007) はさら

生玄武岩マグマ，大陸地殻および 40 年前に噴火した西に多様な初生マグマが島弧の下で生産されると考え，地之島の溶岩の平均組成を表している．西之島の 1973-74

殻の進化を論じた．

年の噴出物の分析結果は，驚くべき事に，すべてシリカ

しかしながら，普遍的にプレート収束境界のマントル量が 60 % 前後の均質な大陸張りの安山岩であった．そウエッジで初生安山岩マグマが生成するのであろうか．

れでは，西之島は厚さ 30 km 以上の大陸地殻でできてい筆者はこれまで「無水マントルが融解して玄武岩マグマるのであろうか．ここに全く逆の事実がある．Fig. 3 はを生じ，含水マントルが融解して安山岩マグマを生じる」

伊豆小笠原弧の地殻構造 (Kodaira et al., 2007b) を示したとの単純なシナリオで初生マグマの研究を進めてきたものである．伊豆弧の三宅島，八丈島，青ヶ島，鳥島な（Tamura, 1994 など）．しかし，このシナリオと「水に富どは玄武岩溶岩を流出する火山であるが，地下には厚さむ初生玄武岩マグマの存在」は相容れないものである．

30-35 km の地殻がある．一方，安山岩溶岩を流出する西近年は，プレート収束境界の玄武岩マグマは水に富んで之島を含む小笠原弧の地殻は厚さ 16-21 km しかない．

1

International Workshop for Large-scale research cruises : https://www.jamstec.go.jp/maritec/e/large-scale_cruise/島弧マグマと地殻形成：マントルから大陸を創る

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Fig. 3. Seismic velocity image along the volcanic front of the Izu-Ogasawara arc obtained by seismic refraction
tomography (Kodaira et al., 2007b). The crust beneath the Izu Arc volcanoes is 32-35 km thick, which is twiceas thick as the 16-21 km crust underlying the Ogasawara Arc volcanoes.

つまり西之島は世界でも有数の「マントルに近い島」「地ため，地殻直下の低圧（1 GPa 以下）においてマントルが殻の薄い島」なのである．なぜマントルに近い海洋島弧

融解することが可能であるが，既に 30 km の地殻を持つの火山島から大陸張りの安山岩マグマが噴出するのか．

伊豆弧においてはマントル融解は必ず 1 GPa 以上の圧力

さらに，なぜ地殻の厚い北部の伊豆諸島からは玄武岩マで起きる．マントルが含水でかつ低圧（1 Gpa 以下）でグマが噴出しているのだろう．

融解したときのみ初生安山岩マグマができる，と考える

一つの可能性は，西之島の地下のマントルで「初生安山岩マグマ」が生成していることである．従来マントルと多くの事実が整合的になる（Umino and Kushiro, 1989 ;Tatsumi and Eggins, 1995 ; Tamura et al.，投稿中）．

における初生安山岩マグマの生成には水の効果が強調されてきた（Kushiro, 1990 など）．マントルの融解に対す

4．流紋岩マグマと島弧地殻の融解

る水の影響は大きいが，水だけでは初生安山岩マグマを話題は小笠原弧の安山岩マグマ主体の火山活動から，生成することはできないのではないだろうか．Gaetani

伊豆弧のバイモーダルな火山活動へ移る．伊豆弧は巨大and Grove (1998) の実験では 1.2-2.0 GPa において 12 %な玄武岩火山（大島，三宅島，八丈島，青ヶ島，スミス

まで水を加えたマントルかんらん岩（レルゾライト）融島（スミスカルデラ），鳥島（鳥島カルデラ））が 80 から

解実験を行ったが，安山岩メルトは得られていない．一100 km 間隔で並んでおり，これらの玄武岩火山の間に流方，Umino and Kushiro (1989) はより低圧の 0.8 GPa，1,250

紋岩質の海底カルデラ（大室だし，黒瀬カルデラ，南八℃，含水条件で Mg に富む特殊な安山岩であるボニナイ

丈カルデラ，明神海丘，明神礁，南スミスカルデラ）がトが発生するとしている．ボニナイトは初生安山岩マグ存在する (Fig. 4)．マグマの噴出量で見ても，玄武岩マ

マのひとつである．Tatsumi and Eggins (1995) も同様のグマと流紋岩マグマのバイモーダルな火成活動に特徴付

低圧および 5-8 % 含水量の条件で初生安山岩マグマが生けられる海洋島弧である (Tamura and Tatsumi, 2002)．玄

成することを示している．つまり，初生安山岩マグマ生

武岩マグマは主に上述の火山島から噴出し，流紋岩マグ

成には低圧かつ含水条件という二つの要因が加わる必要

マは火山島と火山島の間の海底から噴出する．Tamuraがあるのではないか．三宅島や八丈島のある伊豆弧と西and Tatsumi (2002) は，流紋岩マグマは伊豆弧の中部地殻之島のある小笠原弧はどちらもフィリピン海プレートにを形成する安山岩質の深成岩 (Suyehiro et al., 1996) が融

太平洋プレートが沈み込んでいる連続したプレート収束

解したものであると考えた．

境界である．同様の条件下で，前者は玄武岩マグマが噴この考えは伊豆弧の地殻構造と火山の噴出するマグマ出し，後者は安山岩マグマが噴出している．一方，伊豆の興味深い対応関係 (Kodaira et al., 2007a) と整合的であ弧と小笠原弧の大きな違いはその地殻構造にある (Fig.

る．Fig. 4 は伊豆弧の火山フロントに沿った側線を示し

3)．
「マントルに近い島」西之島においては地殻が薄いており，それぞれの点は海底地震計の位置を示している．

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田村芳彦

Fig. 4. Map showing the 16 Quaternary volcanoes with which this study is concerned and the location of the wideangle seismic profile. Dots on the profile indicate a total of 103 ocean bottom seismographs (OBSs), which were
deployed at approximately 5-km intervals, and the numbers on the profile show the distance from its northernend (Kodaira et al., 2007a). Numbered stars indicate sites drilled on the Philippine Sea plate in the Izu-Bonin
region during ODP Legs 125 and 126 and IODP Expedition 350. Modified from Tamura et al. (2009). Copyright(2009) Oxford University Press. Reproduced with permission from the Oxford University Press.

Fig. 5a は Kodaira et al. (2007a) によって得られた中部地

箱根から鳥島の 550 km 間である (Tamura et al., 2009)．

殻の厚さとそれぞれの火山のマグマ組成の平均をプロッ

玄武岩火山に噴出する少量の流紋岩マグマは現在の玄トしたものである．驚くべきことに地殻構造と噴出する

武岩マグマの地球化学的特徴と同じであるが，流紋岩火マグマの組成は関連があり，玄武岩を噴出する火山の中山に噴出する大量の流紋岩マグマの地球化学的特徴は現部地殻は厚く，流紋岩を噴出する火山の中部地殻は薄く

在の玄武岩マグマの特徴とは異なり，漸新世の伊豆弧のなっている．模式的には Fig. 5b の繰り返しが伊豆弧のマグマの特徴を示している (Tamura et al., 2009)．だとす島弧マグマと地殻形成：マントルから大陸を創る

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Fig. 5. (a) Along-arc crustal structure (dotted line ; thickness of middle crust with Vp of 6.0-6.8 km s−1 at depths
between 5 and 20 km) and average wt% SiO2 of volcanic rocks (solid squares) sampled and dredged from the 16
Quaternary volcanoes of the Izu-Bonin arc shown in Fig. 2. The basalt-dominant island volcanoes produce small
volumes of rhyolites that we will call R1. The rhyolite-dominant submarine volcanoes erupt mostly rhyolite that
we will call R2. (b) Schematic crustal structure of the Izu-Bonin arc volcanic front of alternating basaltdominant island volcanoes and rhyolite-dominant submarine volcanoes, which have thick and thin middle crustand erupt R1 and R2 rhyolite, respectively. These diagrams are from Tamura et al. (2009). Copyright (2009)
Oxford University Press. Reproduced with permission from the Oxford University Press.

ると，流紋岩海底カルデラ直下で中部地殻が薄いのは，

Late Quaternary に玄武岩の貫入により融解し流紋岩を生なぜか．それはかつて存在した伊豆弧の古い中部地殻が成している (Fig. 6c)．つまり，伊豆弧の流紋岩は，玄武部分融解を起こしてシリカの大きい流紋岩マグマとシリ岩火山の下にある中部地殻（新しい時代の中部地殻）の

カの低いマフィックな（鉄マグネシウム鉱物に富んだ）再融解したものと漸新世にできた中部地殻の再融解のも溶け残り岩へと分化したからである (Fig. 6)．それに対のとの二種類あることになる．さらに近年，玄武岩質のし，地殻の肥厚部の中部地殻は Early Quaternary にマン火山島（八丈島や大島）から側方にマグマが長距離移動

トル由来のマグマの付加により成長し (Fig. 6b)，その後していることが明らかになってきている (Ishizuka et al.,

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Fig. 6. Schematic along-arc cross-section of the IzuBonin arc, showing volcanism and crustal evolution.
(a) Eocene-Oligocene. Crustal structure is assumed tobe similar to the thin crust in the present-day IzuBonin arc front (Kodaira et al., 2007b). Volcano
distribution and variations of crustal thickness in thisearly stage are not well understood and are omitted. (b)Early Quaternary. Locally developed hot regions
within the mantle wedge (hot fingers) are responsible
for the production of basaltic volcanoes (Tamura et al.,2002). Basalt-dominant volcanoes have thicker crust(Kodaira et al., 2007 a) that might have accumulated
during Neogene-present. Black areas represent basaltic
magma systems that thicken lower crust and also erupt
to the surface. Grey areas represent magnesian andesite
magma systems that thicken middle crust and do not
erupt to the surface because their higher water contents
promote rapid crystallization within the crust (Tamura
and Tatsumi, 2002). (c) Later Quaternary. Remeltingof middle crust and formation of rhyolite magmas takeplace at both basaltic and rhyolitic volcanoes. Basalt
intrusions melt new middle crust to produce R1
rhyolite magma at basalt-dominant volcanoes, andmelt Oligocene middle crust to produce R2 rhyolite
magma at rhyolite-dominant volcanoes. Rhyolite
volcanoes have no mantle roots beneath the crust but
dikes (reflector x of Kodaira et al., 2007 a) travel
laterally from basalt volcanoes to produce rhyolite
magma having Oligocene character. For further details,
see Tamura et al. (2009). Copyright (2009) Oxford
University Press. Reproduced with permission fromthe Oxford University Press.

2008, 2015)．この発見は，流紋岩マグマのカルデラは，殻に比較して SiO2 量が 6 wt% から 12 wt% 低く，アルカ

玄武岩火山の間の中部地殻に側方に長距離移動し貫入しリ元素に乏しく，Al2O3，FeO，MgO，および CaO に富んたマグマが地殻を融解して生成した，という考えと整合でいる．Taira et al. (1998) は，伊豆弧の全島弧地殻の組的である (Tamura et al., 2009)．伊豆弧の流紋岩カルデラ

成は 54 wt% SiO2 であるが，下部地殻を除くと 60 wt%

はマントルに根を持っていない根無し火山なのか？今後

SiO2 となり，上部地殻と中部地殻は大陸地殻の組成に近は地殻構造のみではなく，マントルトモグラフィーと火いと結論している．また Tatsumi et al. (2008) のモデル

山のマグマの組成を議論する必要があると考えられる

は，マントル起源のマグマが玄武岩である事を出発とし(Obana et al., 2010)．

て，それから地殻分化を考察し，したがって，最下部地殻の剥離が必要であると論じている．本論では，マント

5．島弧地殻から大陸地殻へ

ル起源の安山岩マグマの役割を主張しているが，マント島弧の地震波速度構造 (Kodaira et al.,2007a ; Kodaira et

ル起源の安山岩は高いマグネシウム量を持ち，大陸の平al., 2007b ; Takahashi et al., 1998 ; Takahashi et al., 2007 ;均組成の安山岩とは明瞭に異なる組成を持つ．よって，

Takahashi et al., 2008) は島弧地殻に厳として安山岩質のマントル起源のマグマが玄武岩であろうと安山岩であろ

中部地殻が存在することを示している．しかし，安山岩

うと，全地殻の平均組成を安山岩組成にし，大陸地殻を質の中部地殻を形成しただけではまだ大陸地殻の生成と形成するためには，島弧地殻から上部地殻，中部地殻をはいえない．Taira et al. (1998) および Tatsumi et al. (2008)

抽出・集積し，かつ下部地殻を取り除くという最後の仕によって示された伊豆小笠原マリアナ弧の地殻は大陸地上げが必要なのである．Tamura et al. (2010) では，伊豆島弧マグマと地殻形成：マントルから大陸を創る

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Fig. 7. Schematic cross-section of the Izu-Bonin arc and the Honshu arc. The Kofu Granitic Complex (KGC) andthe Tanzawa tonalites were emplaced during the Miocene within the zone of collision, delamination andaccretion between the two arcs. Crustal structure of the Izu-Bonin arc after Kodaira et al. (2007a). Most parts ofthe middle crust of the Izu-Bonin arc were produced in Eocene-Oligocene times (Kodaira et al., 2008). The
middle crust in the collision zone was dragged to mantle depths (40〜50 km) and temperatures (900〜1,000℃).
The resulting partial melting resulted in remobilization and delamination of the middle crust from the lower crustof the Philippine Sea plate. For further details, see Tamura et al. (2010). Copyright (2010) Oxford University
Press. Reproduced with permission from the Oxford University Press.
弧と本州弧の衝突帯で安山岩質の中部地殻が部分融解し先生（久城さん）を始め多くの方々のご協力と温かいごて本州弧に付加・集積される一方，マフィックな下部地

支援のおかげである．

殻がマントルへと沈み込んでいることを示した (Fig. 7)．
衝突帯の深成岩の年代（Tani et al., 2010 など）や化学組
成 (Tamura et al., 2010) および丹沢岩体に下部地殻が存在しないこと (Kitamura et al., 2003) などはこの考えと整合的である．
6．お わ り に島弧マグマと地殻構造について我々の研究を基にその関係を述べてきた．さらにマントル-地殻-マグマの関係から「マントルから大陸を創る」特に，「海（海洋島弧）
から大陸を創る」という自然の営みが明らかになりつつある．まだ研究が進行中のもの，更に議論が必要なものも多いが，「大陸成因の鍵は深山幽谷ではなく，海底火山にある」という我々のワクワク感が少しでも多くの研究者に伝染し，
大陸成因の解明に繋がることを望んでいる．
謝

辞

本総説は石塚 治 氏，匿名の査読者の方および編集を担当して頂いた篠原宏志 氏により大幅に改善された．
微力ながらマグマの成因研究を続けられたのは久城育夫

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