Fluctuating conduit dynamics during the 877 CE Hrafntinnuhraun rhyolitic fissure eruption, Torfajökull, Iceland
本研究は、アイスランドのトルファヨークトルにおける西暦877年のフラフティンヌフラウンの流紋岩質噴火から得られた近接テフラに関する初の詳細な特性評価を提示するものであり、変動する火道ダイナミクス、焼結によって生成されたジュブナイル・オブシディアン、および噴火の終息段階においても持続的に高いマグマ減圧率によって引き起こされた、複雑で多相的な噴火史を明らかにしている。
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火山はしばしば、一つの山が目覚め、火と灰を吹き出し、そして静まり返るという、単一で劇的な出来事として想像されがちである。しかし、地質学者にとって、最も危険で魅力的な噴火は、決してそれほど単純なものではない。それらは、地下深くにあるマグマの挙動が地表での爆発のさせ方を変えていくような、複雑で変化に富んだプロセスなのである。現代の火山学における重要な問いの一つは、激しい灰を伴う爆発がいかにして緩やかな溶岩流へと徐々に変化するのか、あるいは、これら二つの挙動がいかにして同時に起こり得るのかということである。この遷移を研究することは困難である。なぜなら、それは火山の喉（導管）の内部で起こり、視界から隠されているためであり、また、後に残される岩石はしばしば散逸したり埋没したりしているためである。この変化を理解することは、将来の噴火がどのように振る舞うかを予測する上で極めて重要である。なぜなら、世界的な旅路を混乱させる巨大な灰の雲と、地域社会を脅かす緩やかな溶岩流との違いは、これら隠されたメカニズムにかかっているからである。
アイスランドでは、西暦877年の特定の噴火が、この混沌としたプロセスを覗き見るための、稀有で保存状態の良い窓を提供している。Hrafntinnuhraun（ハフンティヌフルン）噴火として知られるこの噴火は、トルファヨークトル火山で発生し、アイスランドの定住史を定義づける大規模な灰の層を生み出した。科学者たちは、景観の彼方まで運ばれた灰については長年研究してきたが、噴火源の噴気孔のすぐ近くに堆積した物質は、ほとんど未開拓のまま残されてきた。最近、研究チームは、噴火の開始地点から2キロメートル未満の場所に位置する、4.5メートル厚の火山岩の層を調査するために現地を訪れた。これらの岩石の大きさ、形状、および化学組成を注意深く分析することで、彼らは火山の内部構造が噴火の進行に伴ってどのように変化したかという、分単位の歴史を再構築することに成功した。それは、突然の停止、激しい再開、そして爆発から流動への緩やかな変容の物語を明らかにしていた。
研究者たちは、この噴火が単一の、一定の勢いを持った爆発によって起こったのではないことを発見した。むしろ、それは短い休止を挟んだ、明確なフェーズの連続であった。一連の流れは、微細な灰の層から始まった。これは、噴火が小規模な水駆動の爆発から始まったことを示唆している。これに続いて、すぐに強力な爆発が起こり、軽石のような大きな岩石を投げ出した。その後、活動は突如として停止した。チームは、この静かな期間を記す薄い泥状の岩石層を特定したが、これは数時間続いた可能性がある。彼らは、火山の喉（導管）が壁面から崩落した岩石によって一時的に閉塞し、そのために地下深くで圧力が蓄積されたと考えている。この閉塞がようやく解消されると、噴火は新たな強度を持って再開し、それまでの層には見られなかった暗色のガラス質の岩石や赤みを帯びた変質した石を放出していた。
噴火が進むにつれ、パターンは再び変化した。チームは、強弱の周期的なサイクルを観察した。強いパルスが発生している間、火山は自らの導管の壁面から深いガラス質の岩石を掘り出していた。静かな瞬間には、壁面が冷却されて融合し、新しいガラスの裏打ち（ライニング）を形成していた。この裏打ちは、次の強いパルスの際に砕かれ、外へと放出されていた。このガラス質の壁を形成し、それを粉砕するというサイクルが繰り返し起こり、層の中に複雑な種類の岩石の混合物を作り出していた。研究者たちは、これらの岩石の中に閉じ込められた微細な気泡を測定することで、マグマがどのくらいの速さで上昇し、減圧したかを判断した。彼らは、噴火が衰退しているように見えても、マグマは依然として急速に上昇していたことを発見した。これは、噴火の終盤に向けて導管が狭まり、爆発がより集中し、より激しくなっていたことを示唆している。
最終的に、爆発的なフェーズは、溶岩が噴気孔から流れ出し、同時に灰が低強度のプルーム（煙柱）として上昇し続けるハイブリッドな状態へと移行した。一連の層における最終的な岩石は、この遷移の兆候を示しており、灰はより細かくなり、岩石は物質の供給源が地表に近づいていることを示していた。この研究は、これら複数の強弱のサイクルを含む爆発フェーズ全体が、おそらく約5日間にわたって行われたことを示唆している。この知見は、このような噴火が単純で線形なイベントであるという考えに異を唱えるものである。むしろ、火山は、導管の壁が、繰り返し破壊され、融合し、そして再び破壊される物質の供給源として機能する、ダイナミックなシステムであることを示しているのである。
噴気孔のすぐ隣にある岩石を詳細に調べることは、遠方の灰の堆積物を研究するよりも、珪酸塩噴火がいかに進化するかについて、より明確な全体像を提供してくれる。それは、激しい爆発から穏やかな溶岩流への遷移が、滑らかな下降ではなく、変動する圧力と変化する条件による、ギザギザとした道であることを明らかにしている。研究者たちは、調査した岩石に、マグマが水や火山の壁と相互作用した証拠が含まれており、遠くからは推測不可能な複雑なテクスチャを作り出していることを指摘した。化学的シグネチャーと岩石の物理的形状を組み合わせることで、チームは、単一の火山がいかに短期間でこれほど多様な振る舞いを生み出し得るのかを説明する、統一された噴火モデルを作り上げた。この研究は、火山災害を真に理解するためには、科学者は噴火の性質における最も劇的かつ急速な変化が記録されている、噴気孔の直近の環境に目を向けなければならないということを強調している。
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