思ったよりも規則性があると私は考えているんですよ。ただのり)大阪生まれ、京都育ち。届かない地下を電磁気を使って照らしだし、海底下の巨大地震発生域のイメージ化、石油・天然ガスなどの海底資源の新しい探査法の確立をめざして奮闘中。個人ブログ「海の研究者」は、地球やエネルギーにまつわる話題を扱い評判に。趣味は、バイクとお酒(!)と美術鑑賞。誰もが知っていそうで、実はよく知らない火山の仕組みから考えてみましょう。河口湖(山梨県)の向こう側に見える富士山。2008年11月撮影。富士山はもちろん活火山です。◎火山の地下は100km!?「火山」とは、「マグマ」と呼ばれるものが地表や水の中で噴出してできた地形のことです。多くは盛り上がって山になりますが、マグマが噴出した後で地面が大きく凹む場合もあります。これは「カルデラ」と呼ばれています。「岩石が熱くなってドロドロに溶けたもの」と思っている方が多いと思います......正解です!岩石が溶けて液体状になったものや、そこから出てきた気体、さらに岩石そのものが入り混じって、ドロドロと流れる性質を持つものを「マグマ」と呼んでいます。マグマと似たものとして「溶岩」という言葉もよく耳にします。マグマと溶岩はよく混同されますが、地表に流れ出たマグマ(あるいは固まって岩石になったもの)を「溶岩」と呼んでいます。マグマといえばもう一つ、「地下はマグマだらけ、地下を掘り進めばマグマに突き当たる」というイメージをお持ちの方も多いでしょう。これはちょっと違います。たしかに地球の地下深くは、地上よりも高温です。本連載の第1話でご紹介したように、地球の表層は地殻と呼ばれる岩盤で覆われており、その下にはマントルと呼ばれる層が広がっています(図2)。マントルの上部は摂氏数百度~1000度、マントルの下部は3000度~4000度に達していると考えられています。このような高温状態ですから、「マントルの岩石は全部ドロドロに溶けてマグマになっている」と思いがちですが、実は違います。地下深くは温度とともに圧力も高くなります。マントルの上部では大気圧の数万倍、マントルの下部では大気圧の100万倍以上の圧力が、岩石にのしかかっています。温度が高くなると岩石は溶けやすくなりますが、圧力が高くなると溶けにくくなります。地球の内側では温度よりも圧力の効果が勝ってしまうため、マントルの大部分は溶けていません。地球内部構造の模式図。マントルはさらに4層に、核は2層に区分される。多くの人が"マントルは全部溶けている"と勘違いしてしまっている原因は、この「マントル対流」という言葉からきているのかもしれません。たしかにマントルは少しずつ動いています。ヤカンの中のお湯のように、温められた部分は下から上へと移動し、冷めた部分は上から下へと移動しています。マントル全体が大きくかき回されているようです。これをマントル対流と呼びますが、その速度はものすごく遅く、1年間に10cm程度(あるいはそれ以下)と考えられています。これはおおよそ、爪の伸びる速度と同程度です。溶けていませんね(笑)。マントルの岩石も硬い状態のまま、少しずつ地球の中で動いています。これは「どうやったら氷が水になるのか?」と同じで、以下のうち、どれか1つ以上を満たすと溶け始めます。マントルの岩石がより高い温度になる。すれば硬い岩石が、ドロドロのマグマになるのだろうか?1は分かりやすいですね。氷も温度を高くすると溶けます。標高があがると気圧が下がります。すると100度よりもずっと低い温度でお湯が湧いてしまいます。低い温度でお米を炊いても、米粒はかたいままで、ふっくらおいしいご飯に仕上がりません。このように、圧力が下がると水(液体)は水蒸気(気体)に変わりやすくなります。岩石が溶ける場合も同じで、圧力が下がれば溶けやすくなります。3についてもこんな話を聞いたことがあるでしょう。「氷に塩をかけたら溶けやすくなる」マントルにも「なにか」を混ぜれば、溶けてマグマが生まれます。ちなみに岩石は氷とは違い、岩石のカタマリがある温度で一斉に溶けることはありません。岩石はさまざまな物質からできていて、溶けやすいものから部分的に溶けていきます。これを「部分溶融」と呼び、液体部分を「メルト」と呼びます(マグマはメルトと岩石が混じったものです。マグマの語源もギリシャ語の「ミックス」です)。日本列島で火山が多いのは、日本列島の下でマグマができやすいからです。その理由は上の1~3の、はたしてどれでしょうか?正解は3番。マントルに「あるもの」が加わって溶けやすくなっているのだと考えられています。本連載の第8話でお話したように、日本列島の下には海洋プレートが沈み込んでいます(図4)。海の底で生まれた海洋プレート自身は、海水を多く含んでいます。海洋プレートは日本列島の下に沈み込みますが、地下の高い圧力や温度のために、海洋プレートにしみ込んでいた海水ははき出されます。この水こそが、マントルを溶けやすくする「なにか」だったのです。水が加わったマントルは、日本列島の地下100~200kmで溶けやすくなり、マグマを生み出します。マグマは周りの(溶けていない)マントルよりも軽いため、徐々に上昇し、地表にまで辿り着き、火山を作るのだ、と考えられています。火山は「煙の出ている高さ1~3kmくらいの山」と考えがちですが、その根っこは地下100kmまで続いているらしい。なんとも壮大な話です。レートテクトニクスの概念図。海洋プレート(リソスフェア)は海嶺(海底火山)で生まれて、海溝から陸地の下に沈み込む。日本列島のように海洋プレートが沈み込むエリアは「沈み込み帯」と呼ばれている。海洋プレートが深さ100~200kmまで沈み込んだところでマグマが生成される。ベレ出版『地底の科学』より。海洋プレートが沈み込む日本列島にはこうしてたくさんの火山が作られます。図5に日本の活火山の分布地図を示しました。気象庁によれば、活火山の数は2014年現在で110か所だそうです。活火山がほとんど見当たりません。日本列島の下には「太平洋プレート」と「フィリピン海プレート」という、2つの海洋プレートが複雑に沈み込んでいて、このような不均一な活火山の分布を作り出しています。この辺りはまたいつか詳しくお話することにしましょう。気象庁ホームページより(上図をクリックすると拡大します)。いう言葉を覚えている方もおられるでしょう。遡っても噴火の記録のない火山を「死火山」と呼んでいました。冒頭の富士山は、かつては休火山に分類されていました。休火山がある日突然、活発に噴火を始めても不思議ではありません。火山の寿命は長いのです(数十万年以上!)。そこで休火山でも死火山でも、今後噴火する可能性がある火山はすべて、活火山と呼ぶことになりました。いまの教科書には休火山や死火山は載っていませんから、ご注意を。次回は火山噴火の仕組みに迫りましょう。火山噴火予知は可能か?(1)。