2.5 カルデラ形成噴火堆積物の噴出量【実施内容】
カルデラ形成を伴う大規模噴火の噴出量は，長期的噴火予測，噴火の活動度評価，地球物理学的・岩石学的な定量的評価を行うための重要な基本パラメータの 1 つであり，マグマ噴出量-時間階段図の高精度化のためにも重要である．平成 27 年度は，阿蘇 4 火砕流堆積物及び十和田八戸火砕流堆積物，平成 28 年度は，姶良入戸火砕流堆積物及び十和田毛馬内火砕流堆積物，平成
29 年度は，洞爺火砕流堆積物，屈斜路 IV 火砕流堆積物及び屈斜路 I 火砕流堆積物を対象に，噴火直後の復元分布図と噴出量推定を行った．
これらの噴出量には，降下テフラは含まれておらず，総噴出量を求めるためには，火砕流に伴う降下テフラの噴出量の推定が必要となる．今年度は，上記の内，比較的影響が大きいと思われる阿蘇 4 噴火，姶良 Tn 噴火，洞爺噴火に伴う降下テフラの噴出量を推定した．推定に当たっては，既存の陸域及び海域の降下テフラの情報を収集し，新たに等層厚線図を作成した上で，降下テフラの噴出量と，総噴出量を推定した．阿蘇 4 降下テフラの体積は，590〜920 km3 (240〜370 km3DRE)と推定され，火砕流堆積物と合わせた阿蘇 4噴火の総噴出量は，840〜1,640 km3 (380〜790 km3DRE)となった．姶良 Tn 降下テフラの体積は，440 km3 (180 km3DRE)と推定され，火砕流堆積物と合わせた姶良 Tn 噴火の総噴出量は，940〜1,040 km3 (380〜430 km3DRE)となった．洞爺降下テフラの体積は，150 km3 (60 km3DRE)と推定され，火砕流堆積物と合わせた洞爺噴火の総噴出量は，230〜310 km3 (100〜140 km3DRE)となった．
【研究成果】(1) 阿蘇 4
約 89ka の阿蘇 4 噴火に伴う降下テフラについて，既存の文献から，陸域及び海域の降下テフ
ラの位置，層厚を集め整理した (表 2.5-1)．阿蘇 4 降下テフラは，Albert et al. (2018)，Smith etal. (2013) の水月湖の降下テフラ，Aoki (2008), Furuta et al. (1986), 中嶋ほか (1996)，新井ほか(1981), 新井・町田 (1983), 清水ほか (1997), 町田ほか (1985)，青木ほか (2000)，青池 (2010)の海底の降下テフラ，檀原ほか (2010), 竹村・横山 (1989) の琵琶湖の湖底の降下テフラ，町田ほか (1985), 長橋ほか (2007)の陸域の降下テフラの文献データを使用した．
位置情報と層厚データを，GIS ソフト(ArcGIS)上にプロットした上で．等層厚線図 (1, 2, 4, 8,16, 32, 64, 128 cm) を作成した．阿蘇 4 降下テフラの分布の特徴として，北海道北東部に層厚 15cm のデータが数点あり，それらは本州付近のデータに比べて厚い傾向があることが挙げられる．
北海道北東部のデータを活かし，比較的広い範囲を囲むように作成した等層厚線図が，図 2.5-1である（最大ケース）．一方，北海道北東部のデータは異常値として等層厚線図には反映せず，その他のデータを活かして作成した等層厚線図が，図 2.5-2 である（最小ケース）．各等層厚線が占める面積を GIS ソフトで計算し，区間積分法 (宝田ほか, 2001) で体積を推定した．
最大ケースでは， 16 cm と 64 cm で区切り，グラフ上で直線近似できる 3 つの領域に区分して体積を求めた（図 2.5-3）．火口近傍は，現在の阿蘇カルデラの面積 (5.3×108 m3) まで，遠方は，1014 m2 の領域まで計算した．カルデラ縁での層厚は，64 cm と 128 cm の等層厚線のデータの傾向を外挿し，約 3m とした．その結果，遠方から 16 cm の等層厚線の領域では 4.0×1014 kg，261

16〜64 cm の等層厚線の領域では 4.7×1014 kg，64 cm からカルデラ縁までの領域では 4.7×1013kg となり，合計 9.2×1014 kg となった．降下テフラの密度を 1,000 kg/m3 と仮定すると，それぞれ，400 km3, 470 km3, 47 km3 となり，合計 920 km3 となった．密度 2,500 kg/m3 の溶岩換算値(DRE)では，合計約 370 km3 となった．
表 2.5-1

阿蘇 4 降下テフラの位置情報，層厚，文献リスト262

図 2.5-1

阿蘇 4 降下テフラの分布と等層厚線図（最大ケース）

図 2.5-2

阿蘇 4 降下テフラの分布と等層厚線図（最小ケース）263

図 2.5-3 阿蘇 4 降下テフラの各等層厚線の面積と単位面積あたりの重量の関係（最大ケース）．
16 cm と 64 cm の等層厚線で分割し 3 つの領域に区分した．火口近傍はカルデラの面積，遠方は1014 m2 まで計算している．

図 2.5-4 阿蘇 4 降下テフラの各等層厚線の面積と単位面積あたりの重量の関係（最小ケース）．
4 cm と 64 cm の等層厚線で分割し 3 つの領域に区分した．火口近傍はカルデラの面積，遠方は1014 m2 まで計算している．

264

最小ケースでは，4 cm と 64 cm で区切り，グラフ上で直線近似できる 3 つの領域に区分して体積を求めた（図 2.5-4）．火口近傍は，現在の阿蘇カルデラの面積 (5.3×108 m3) まで，遠方は，1014 m2 の領域まで計算した．カルデラ縁での層厚は最大ケースと同様に約 3m とした．その結果，遠方から 4 cm の等層厚線の領域では 1.7×1014 kg，4〜64 cm の等層厚線の領域では 3.8×1014 kg，64 cm からカルデラ縁までの領域では 4.5×1013 kg となり，合計 5.9×1014 kg となった．降下テフラの密度を 1,000 kg/m3 と仮定すると，それぞれ，170 km3, 380 km3, 45 km3 となり，合計 590 km3 となった．密度 2,500 kg/m3 の溶岩換算値 (DRE)では，合計約 240 km3 となった．
今回求められた阿蘇 4 降下テフラの推定体積 590〜920 km3（240〜370 km3DRE）の値は，これまでの推定値 400 km3 以上（町田ほか，1985; 町田・新井, 2003）よりも有意に増加している．
これは，当時は十分考慮されていなかった遠方の海域のテフラが考慮されたことによって分布域が大幅に広がったことや，体積の計算手法が異なることなどが原因であると考えられる．
表 2.5-2

阿蘇 4 火砕流堆積物の体積推定結果

阿蘇 4 火砕流堆積物の体積の推定値（表 2.3-2; 平成 27 年度実施, 平成 28 年度に再推定）は，
720 km3 (最大)，470 km3 (平均)，250 km3 (最小)であり，DRE 換算では，420 km3 (最大), 270km3 (平均), 140 km3 (最小)であった．したがって，阿蘇 4 噴火の総噴出量は，840〜1,640 km3 となり，DRE 換算値では，380〜790 km3 と推定される．これまでの総噴出量の推定値 600 km3 (町田・新井, 2003) に比べ約 1.4〜2.7 倍となった．阿蘇 4 は，VEI7〜8 クラスの噴火であったと考えられる．
(2) 姶良 Tn
約 30 ka の噴火に伴う姶良 Tn（姶良丹沢）降下テフラについて，既存の文献から，陸域及び海域の降下テフラの位置，層厚データを集め整理した (表 2.5-3a, b).姶良 Tn 降下テフラは，河265表 2.5-3a姶良 Tn 降下テフラの位置情報，層厚，文献リスト266

表 2.5-3b姶良 Tn 降下テフラの位置情報，層厚，文献リスト (続き)267

図 2.5-5姶良 Tn 降下テフラの分布と等層厚線

図 2.5-6姶良 Tn 降下テフラの分布と等層厚線 (西日本付近)

268

合・三宅(1999)，河合 (2001)の陸域の降下テフラ，Smith et al. (2013), Albert et al. (2018)の水月湖の降下テフラ，新井・町田 (1983), Machida and Arai (1983), 青木・新井 (2000)，町田・新井 (1998),Furuta et al. (1986) の海域の降下テフラ，Machida and Arai (1983) の海域の降下テフラ，町田ほか (1983) の韓国の降下テフラ，工藤・小林 (2013) の東北地域北部の降下テフラの文献データを使用した．
位置情報と層厚データを元に，等層厚線図 (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 cm) を作成した (図 2.55)．水月湖では，35.1 cm の層厚が報告されている(Smith et al., 2013; Albert et al., 2018)
ため，近畿，中部，九州付近に 32 cm の等層厚線を引いた (図 2.5-6)．給源付近の宮崎では 80cm,90 cm の層厚が報告されているため，給源付近に 64 cm の等層厚線を引いた．各等層厚線が占める面積を GIS ソフトで計算し，阿蘇 4 と同様に区間積分法 (宝田ほか, 2001)で体積を推定した．

図 2.5-7 姶良 Tn 降下テフラの各等層厚線の面積と単位面積あたりの重量の関係．8 cm と 32cm の等層厚線で分割し 3 つの領域に区分した．火口近傍はカルデラの面積，遠方は 3×1013 m2まで計算している．

計算に当たっては，8 cm と 32 cm の等層厚線で区切り，グラフ上で直線近似できる 3 つの領域に区分して体積を求めた（図 2.5-7）．火口近傍は，現在の姶良カルデラの面積 (5.0×108 m3)まで，遠方は，3×1013 m2 の領域まで計算した．カルデラ縁での層厚は 32 cm と 64 cm の等層厚線データの傾きを外挿し，約 3m とした．その結果，遠方から 8 cm の等層厚線の領域では 1.1×1014 kg，8〜32 cm の等層厚線の領域では 1.8×1014 kg，32 cm からカルデラ縁までの領域では 1.5×1014 kg となり，合計 4.4×1014 kg となった．降下テフラの密度を 1,000 kg/m3 と仮定す
ると，それぞれ，110 km3, 180 km3, 150 km3 となり，合計 440 km3 となった．密度 2,500 kg/m3の溶岩換算値 (DRE)では，合計約 180 km3 となった．

269

今回求められた姶良 Tn 降下テフラの推定体積 440 km3（180 km3DRE）の値は，これまでの推定値 150 km3 以上（町田・新井, 2003）よりも有意に増加している．これは，水月湖の層厚データにより，32 cm の等層厚線の範囲が広がったこと，陸域や海域のデータが増え，等層厚線図の形状が大きく異なること，体積の計算手法が異なることなどが原因であると考えられる．
表 2.5-4

姶良入戸火砕流堆積物の体積推定結果

姶良入戸火砕流堆積物の体積の推定値（表 2.5-4; 平成 28 年度実施）では，500 m メッシュ，1 km メッシュ，5 km メッシュを用いて，火砕流堆積物の体積を詳細に求めた．その結果，各メッシュの推定結果のうち，平均値が妥当であるとされ，体積は 500 〜600 km3 (200〜250km3DRE)と推定された．したがって，姶良 Tn 噴火の総噴出量は，940〜1,040 km3 となり，DRE換算値では，380〜430 km3 と推定される．姶良 Tn 噴火は，VEI7〜8 クラスの噴火であったと考えられる．
(3) 洞爺噴火
約 106 ka の洞爺噴火に伴う洞爺降下テフラについて，既存の文献から，陸域及び海域の降下テフラの位置，層厚を集め整理した (表 2.5-5). ここでは，町田ほか (1987)の北海道及び東北地域，日本海のデータ，工藤 (2018)の十和田地域のデータ，古澤 (2003)の岩手山東麓のデータ，八木・早田 (1989)の鬼首地域の文献データを使用した．
位置情報と層厚データを元に，等層厚線図 (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 cm) を作成した (図2.5-8)．日高で 100 cm，男鹿で 55 cm の層厚 (町田ほか，1987)が報告されており，等高線がややいびつな形となっている．各等層厚線が占める面積を GIS ソフトで計算し，阿蘇 4 や姶良 Tn と同様に区間積分法 (宝田ほか, 2001)で体積を推定した．
計算に当たっては，2 cm, 8 cm, 64 cm の等層厚線で区切り，グラフ上で直線近似できる 4 つの領域に区分して体積を求めた（図 2.5-9）．火口近傍は，現在の洞爺カルデラの面積 (2.3×108m3) まで，遠方は，1 cm, 2 cm の等層厚線のデータの傾きを外挿し，1.5×1012 m2 の領域まで計算した．カルデラ縁での層厚は 64 cm と 128 cm の等層厚線データの傾きを外挿し，約 5m とした．その結果，遠方から 2 cm の等層厚線の領域では 5.1×1012 kg，2〜8 cm の等層厚線の領域

270

では 8.0×1012 kg，8〜64 cm の等層厚線の領域では 8.5×1013 kg，64 cm からカルデラ縁までの領域では 5.0×1013 kg となり，合計 1.5×1014 kg となった．降下テフラの密度を 1,000 kg/m3 と仮定すると，それぞれ，5 km3, 8 km3, 85 km3, 50 km3 となり，合計 150 km3 となった．密度
2,500 kg/m3 の溶岩換算値 (DRE)では，合計約 60 km3 となった．
表 2.5-5

洞爺降下テフラの位置情報，層厚，文献リスト

図 2.5-8

洞爺降下テフラの分布と等層厚線271

図 2.5-9 洞爺降下テフラの各等層厚線の面積と単位面積あたりの重量の関係．2 cm, 8 cm, 64cm の等層厚線で分割し 4 つの領域に区分した．火口近傍はカルデラの面積，遠方は 1.5×1012 m2まで計算している．

今回求められた洞爺降下テフラの推定体積 150 km3（60 km3DRE）の値は，これまでの推定値150 km3 以上（町田ほか, 1987; 町田・新井，2003）と同じ値となった．
表 2.5-6

洞爺火砕流堆積物の体積推定結果

洞爺火砕流堆積物の体積の推定値（表 2.5-6; 平成 29 年度実施）では，火砕流堆積物の体積を詳細に求めた．その結果，80 km3 (平均値)〜160 km3 (最大値)， DRE 換算値では，40 km3 (平均値)〜80 km3 (最大値)と推定された．この推定値は，既存の Goto et al. (2018)の火砕流堆積物の推定値 36.8 km3 以上や，町田ほか (1987)の火砕流堆積物の推定値 20 km3 以上と比較して，272

2〜8 倍程度となった．したがって，洞爺噴火の総噴出量は，230〜310 km3 となり，DRE 換算値
では，100〜140 km3 と推定される．洞爺噴火は，VEI7 クラスの噴火であったと考えられる．
(4) まとめ阿蘇 4 噴火，姶良 Tn 噴火，洞爺噴火に伴う降下テフラの噴出量の推定を行った．推定に当たっては，既存の陸域及び海域の降下テフラの情報をコンパイルし，新たに等層厚線図を作成した上で，降下テフラの噴出量と，総噴出量を推定した．区間積分法 (宝田ほか，2001)による推定では，阿蘇 4 降下テフラの体積は，590〜920 km3 (240〜370 km3DRE)と推定され，火砕流堆積物と合わせた阿蘇 4 噴火の総噴出量は，840〜1,640 km3 (380〜790 km3DRE)となった．姶良 Tn
降下テフラの体積は，440 km3 (180 km3DRE)と推定され，火砕流堆積物と合わせた姶良 Tn 噴
火の総噴出量は，940〜1,040 km3 (380〜430 km3DRE)となった．洞爺降下テフラの体積は，150km3 (60 km3DRE)と推定され，火砕流堆積物と合わせた洞爺噴火の総噴出量は，230〜310 km3(100〜140 km3DRE)となった．
海底降下テフラなどのデータが増えて来ており，これらを使って他の大規模カルデラ形成噴火の降下テフラの噴出量の見直しを進めていく必要がある．また，他の降下テフラの算出方法の適用による推定した噴出量の検証も必要である．今回の総噴出量推定では，阿蘇 4 噴火と姶良 Tn
噴火は 1,000 km3 以上の噴出量であった (VEI8) 可能性があることが示された．大規模カルデラ形成噴火の噴出量推定結果が，今後の長期的噴火予測，噴火の活動度評価，地球物理学的・岩石学的な定量的評価にとって，重要な基礎データとなることが期待される．
文献
Albert, P. G., Smith, V. C., Suzuki, T., Tomlinson, E. L., Nakagawa, T., McLean, D., Yamada,M., Staff, R. A., Schlolaut, G., Takemura, K., Nagahashi, Y., Kimura, J. and Suigetsu 2006
Project Members (2018) Constraints on the frequency and dispersal of explosive eruptions
at Sambe and Daisen volcanoes (South-West Japan Arc) from the distal Lake Suigetsu
record (SG06 core)．Earth-Science Reviews, vol.185, p.1004-1028.
青池 寛・西 弘嗣・坂本竜彦・飯島耕一・土屋正史・平 朝彦・倉本真一・眞砂英樹・下北コア微化石研究グループ (2010) 地球深部探査船「ちきゅう」の下北半島沖慣熟航海コア試料—物性変動から予測される古環境変動—．化石，no.87, p.65-81
Aoki, K. (2008) Revised age and distribution of ca. 87 ka Aso-4 tephra based on new evidence
from the northwest Pacific Ocean. Quaternary International, 178, 100-118.
青木かおり・新井房夫 (2000) 三陸沖海底コア KH94-3, LM-8 の後期更新世テフラ層序．第四紀研究，39, 107-120.
青木かおり・山本浩文・山内守明 (2000)「みらい」MR98-03 次航海及び MR99-K04 次航海で採取された海底コアの第四紀後期テフラ層序．海洋科学技術センター試験研究報告, no.41,
p.49-55
新井房夫・町田洋 (1983) 日本列島周辺の深海底テフラ・カタログ．日本列島周辺の深海底堆積物の分析を中心とした第四火山活動と気候変動の研究，昭和 57 年度科学研究費補助金（総273合研究 A）研究成果報告書， 7-34.
新井房夫・大場忠道・北里 洋・堀部純男・町田 洋 (1981) 後期第四紀における日本海の古環境—テフロクロノロジー，有孔虫群集解析，酸素同位体比法による—．第四紀研究，21, 209230.
檀原 徹・山下 透・岩野英樹・竹村恵二・林田 明 (2010) 琵琶湖 1400m 掘削試料の編年_フィッション・トラック年代とテフラ同定の再検討．第四紀研究, 49, 101-119.
古澤明 (2003) 洞爺火山灰降下以降の岩手火山のテフラの識別．地雑，109, 1-19.

Furuta, T., Fujioka, K. and Arai, F. (1986) Widespread submarine tephras around Japan—
Petrographic and chemical properties. Marine Geology, 72, 125-142.
Goto, Y., Suzuki, K., Shinya, T., Yamauchi, A., Miyoshi, M., Danhara, T. and Tomiya, A. (2018)
Stratigraphy and lithofacies of the Toya ignimbrite in southwestern Hokkaido, Japan:
insights into the caldera-forming eruption at Toya Caldera. Jour. Geography, 127, 191227.
河合小百合 (2001) 姶良 Tn 火山灰 (AT)の等層厚線図と分布軸の再検討．地球科学, 55, 51-54.
河合小百合・三宅康幸 (1999) 姶良 Tn テフラの粒度・鉱物組成―広域テフラの地域的変異の一例―．地質雑, 105, 597-608.
工藤崇 (2018) 十和田火山先カルデラ期噴出物に挟まれる洞爺火山灰．地質調査研究報告, 69,31-36.

工藤崇・小林淳 (2013) 十和田火山，先カルデラ期〜カルデラ形成期テフラの放射年代測定．

地質調査研究報告, 64, 305-311.
Machida, H. and Arai, F. (1983) Extensive ash falls in and around the Sea of Japan from large
late Quaternary eruptions. Jour. Volcanol. Geotherm. Res., 18, 151-164.
町田洋・新井房夫 (1998) 日本列島周辺の深海底に分布するテフラ．第四紀研究，26, 227-242.

町田洋・新井房夫・李 柄高・森脇 広・江坂輝弥 (1983) 韓半島と済州島で見出された九州起源の広域テフラ．地学雑誌，92, 39-45.

町田洋・新井房夫・百瀬 貢 (1985) 阿蘇 4 火山灰─分布の広域性と後期更新世指標層としての意義─．火山，30, 49-70.
町田 洋・新井房夫・宮内崇裕・奥村晃史 (1987) 北日本を広くおおう洞爺火山灰．第四紀研究，
26, 129-145.
町田 洋・新井房夫 (2003) 新編 火山灰アトラス -日本列島とその周辺-．東京大学出版会．336p.
長橋良隆・佐藤孝子・竹下欣宏・田原敬治・公文富士夫 (2007) 長野県，高野層ボーリングコア（TKN-2004）に挟在する広域テフラ層の層序と編年．第四紀研究，46, 305-325.
中川光弘・藤岡換太郎・古田俊夫・小泉聡子 (1994) 日本海，Leg.127, 128 コア中の火山灰層．
月刊地球, 16, 691-698.
中嶋 健・吉川清志・池原 研・片山 肇・木川栄一・上嶋正人・瀬戸浩二 (1996) 日本海南東部における海底堆積物と後期第四紀層序—特に暗色層の形成時期に関連して—．地質学雑誌, 102,125-138.
清水秋秀・鳥井真之・椎原美紀・尾田太良 (1997) 三陸沖海底コア KH94-3 LM8 PC5 の最下部付近にみられる火山灰層から推定される基底の年代．熊本大学理学部紀要(地球科学), 15, 1-274

7.
白井正明・多田隆治・藤岡換太郎 (1997) ODP 日本海試料との対比に基づく男鹿半島安田海岸更新世中–後期テフラの同定と年代．第四紀研究, 36, 183-196.
Smith, V.C., Staff, R.A., Blockley, S.P.E., Ramsey, C.B., Nakagawa, T., Mark, D.F., Takemura,K., Danhara, T. and Suigetsu 2006 Project Members (2013) Identification and correlationof visible tephras in the Lake Suigetsu SG06 sedimentary archive, Japan:
chronostratigraphic markers for synchronizing of east Asian/west Pacific palaeoclimaticrecords across the last 150ka. Quaternary Science Reviews, 67, 121-137.
宝田晋治・吉本充宏・北川淳一・平賀正人・山元孝広・川邊禎久・高田 亮・中野夫・宮城磯治・西村裕一・三浦大助・廣瀬 亘・石丸俊・星住英

聡・垣原康之・遠藤祐司・野呂田 晋・

新井田清信・石塚吉浩・工藤 崇・相沢幸治・本間宏樹・江草匡倫・石井英一・高橋 良 (2001)有珠火山 2000 年噴火の降灰と火口近傍の状況．地質調査研究報告，52，167-179．
竹村恵二・横山卓雄 (1989) 琶琵湖 1400m 掘削試料の層相からみた堆積環境．陸水学雑誌, 50,247-254.
八木浩司・早田 勉 (1989) 宮城県中部および北部に分布する後期更新世広域テフラとその層位．
地学雑誌，98, 39-53.

275