カルデラ

マザマ山の噴火タイムライン、カルデラ形成の例

カルデラ（/ k ɔː l ˈ d ɛr ə , k æ l -/ [ 1 ] kawl- DERR -ə, kal- ）は、火山噴火でマグマだまりが空になった直後に形成される、大釜のような大きな空洞である。短時間に大量のマグマが噴出すると、事実上、マグマだまりを埋めていた物質の多くが除去され、マグマだまりの構造の完全性が損なわれる可能性がある。マグマだまりの壁や天井は、自重とその上にある基質や岩石を支えることができなくなります。その後、地表が空になった、または部分的に空になったマグマだまりに陥没し、直径数十キロメートルにもなる大きな窪みが地表に残る。[ 2 ]クレーターと呼ばれることもあるが、実際には陥没穴の一種であり、爆発や衝突ではなく、沈下と崩壊によって形成される。 1世紀にわたって発生する数千回の火山噴火と比較すると、カルデラの形成はまれな現象であり、100年という特定の期間内に数回しか発生しません。[ 3 ] 1911年から2022年の間に発生したカルデラ形成を伴う崩壊はわずか9件しか知られておらず、[ 3 ] 2018年のハワイ島キラウエアと2022年のフンガ・トンガ・フンガ・ハアパイのカルデラ崩壊が最も最近のものです。[ 4 ] [ 5 ]カルデラを形成した火山は「カルデラ火山」と呼ばれることもあります。[ 6 ]

語源

カルデラという用語は、スペイン語のcalderaとラテン語のcaldariaに由来し、「調理鍋」を意味します。[ 7 ] 一部の文献では英語のcauldronも使用されていますが[ 8 ] 、より最近の研究では、cauldronという用語は、カルデラの底にある地層が露出するほど深く浸食されたカルデラを指します。[ 7 ]カルデラという用語は、ドイツの地質学者レオポルド・フォン・ブッフが1815年にカナリア諸島を訪れた際の回想録を出版した際に地質学用語に導入されました[注1 ]。ブッフは、最初にテネリフェ島のラス・カニャダス・カルデラとその景観を支配するテイデ山を目にし、次にラ・パルマ島のカルデラ・デ・タブリエンテを目にしました[ 9 ]。[ 7 ]

カルデラの形成

小麦粉を詰めた箱の中に模擬火山カルデラの起源を示すアナログ実験のアニメーション
インドネシア、スマトラ島トバ湖（長さ100km、幅30km、世界最大級のカルデラの一つ）のランドサット画像。サモシル島は、再び隆起したドームによって形成された。
インドネシアのカガール アラム ラワ ダナウ カルデラの地形図

火山の崩壊は、火山の下にあるマグマだまりが空になることによって引き起こされます。この空になる原因としては、大規模な爆発的な噴火（ 1815年のタンボラ火山[ 10 ]を参照）が挙げられますが、火山の側面での噴火（2007年のピトン・ド・ラ・フルネーズ火山[ 11 ]を参照）や、連結した割れ目システム（ 2014～2015年のバルダルブンガ火山[ 12 ] を参照）によっても起こります。十分な量のマグマが噴出すると、空になったマグマだまりはその上にある火山体の重量を支えることができなくなります。マグマだまりの縁の周囲には、ほぼ円形の断層「環状断層」が形成されます。環状断層は、環状岩脈とも呼ばれる断層貫入のフィーダーとして機能します。[ 12 ] : 86–89 リング状断裂の上には二次的な火口が形成されることがあります。[ 13 ]マグマ溜まりが空になると、リング状断裂内の火山中心部が崩壊し始めます。この崩壊は、単一の大噴火によって起こる場合もあれば、一連の噴火によって段階的に起こる場合もあります。崩壊する面積は数百平方キロメートルに及ぶこともあります。[ 7 ]

カルデラの鉱化作用

いくつかのカルデラには豊富な鉱床があることが知られています。金属を豊富に含む流体がカルデラ内を循環し、鉛、銀、金、水銀、リチウム、ウランなどの金属の熱水鉱床を形成します。[ 14 ]世界で最も保存状態の良い鉱化カルデラの1つは、カナダのオンタリオ州北西部にあるスタージョンレイクカルデラで、約27億年前の新始生代に形成されました。 [ 15 ] [ 16 ]サンファン火山地帯では、いくつかのカルデラに関連する断裂に鉱脈が配置されており、各カルデラに関連する最も若く最も珪長質の貫入岩の近くで最も多くの鉱化が起こっています。[ 17 ]

カルデラの種類

爆発的なカルデラ噴火

爆発的なカルデラ噴火は、シリカを豊富に含むマグマだまりによって発生します。シリカを豊富に含むマグマは粘性が高いため、玄武岩のように容易に流れません。 [ 12 ] ： 23–26 マグマには通常、大量の溶存ガスも含まれており、シリカを最も多く含むマグマでは最大7重量％に達します。 [ 18 ]マグマが地表に近づくと、封じ込め圧力の低下により、閉じ込められていたガスがマグマから急速に泡立ち、マグマが破砕されて、非常に高温のガスと火山灰やその他のテフラの混合物が生成されます。[ 19 ]

灰と火山ガスの混合物は、最初、噴煙柱として大気中に上昇します。しかし、噴出物質の量が増加するにつれて、噴煙柱は浮力を維持するのに十分な空気を巻き込むことができなくなり、噴煙柱は崩壊してテフラ噴泉となり、地表に戻って火砕流を形成します。[ 20 ]このタイプの噴火は、灰を広大な地域に広げることがあるため、珪長質カルデラの噴火によって運ばれた灰流凝灰岩は、洪水玄武岩に匹敵する量を持つ唯一の火山噴出物です。[ 12 ] : 77 たとえば、イエローストーンカルデラが最後に噴火した約65万年前の際には、約1,000 km 3の物質（高密度岩石換算値（DRE）で測定）が噴出し、最大2メートルの堆積物で北米の大部分を覆いました。 [ 21 ]

さらに大きなカルデラを形成する噴火も知られており、コロラド州サンファン山脈のラ・ガリータ・カルデラでは、約2780万年前の噴火で5,000立方キロメートル（1,200立方マイル）のフィッシュキャニオン凝灰岩が吹き飛ばされました。[ 22 ] [ 23 ]

このような噴火によって生じたカルデラは、通常、凝灰岩、流紋岩、その他の火成岩で埋め尽くされます。[ 24 ]カルデラは、火山灰流凝灰岩（火山灰流シートとも呼ばれる）の流出シートに囲まれています。[ 25 ] [ 26 ]

マグマが陥没したマグマだまりに注入され続けると、バジェスカルデラ、トバ湖、サンファン火山地帯、[ 8 ]セロガラン、[ 27 ]イエローストーン、[ 28 ]その他多くのカルデラで見られるように、カルデラの中心部が再隆起ドームの形で隆起する可能性がある。[ 8 ]

珪長質カルデラは、一度の噴火で数百、あるいは数千立方キロメートルもの物質を噴出させる可能性があるため、壊滅的な環境影響を引き起こす可能性があります。1883年のクラカタウ火山[ 29 ]や1991年のピナツボ火山[ 30 ]のような小規模なカルデラ形成噴火でさえ、局所的な甚大な被害や世界各地での顕著な気温低下を引き起こす可能性があります。大規模カルデラでは、さらに大きな影響が及ぶ可能性があります。大規模カルデラの噴火による生態学的影響は、インドネシアのトバ湖の噴火の記録に見ることができます。

地質学上の年代のいくつかの時点では、流紋岩カルデラが明確なクラスターを形成して出現した。そのようなクラスターの残骸は、スコットランドの始新世ラム・コンプレックス[ 24 ] 、コロラド州のサンファン山脈（漸新世、中新世、鮮新世に形成）、ミズーリ州のサンフランソワ山脈（原生代に噴火）などで見ることができる。[ 31 ]

バレス

ニューメキシコ州ヴァレカルデラ

1968年の論文[ 8 ]で、地質学に初めて再隆起カルデラの概念を導入したRLスミスとRAベイリーは、[ 7 ]バレスカルデラをモデルとして選びました。バレスカルデラはそれほど大きくはありませんが、比較的若い（125万年前）ため、非常に良好な保存状態にあり、[ 32 ]、再隆起カルデラの最もよく研​​究された例の一つとなっています。[ 7 ]バレスカルデラの灰流凝灰岩、例えばバンデリア凝灰岩は、最初に徹底的に特徴付けられたものの一つです。[ 33 ]

鳥羽

約74,000年前、このインドネシアの火山は、約2,800立方キロメートル（670立方マイル）の高密度岩石相当の噴出物を放出しました。これは、現在進行中の第四紀（過去260万年）で最大の噴火であり、過去2,500万年間で最大の爆発的噴火として知られています。1990年代後半、人類学者スタンレー・アンブローズ[ 34 ]は、この噴火によって引き起こされた火山の冬によって、人類の人口が約2,000～20,000人に減少し、人口ボトルネックが発生したと提唱しました。最近では、リン・ジョーデとヘンリー・ハーペンディングが、人類は約5,000～10,000人に減少したと提唱しています。[ 35 ]しかし、どちらの理論も正しいという直接的な証拠はなく、環境に敏感な種でさえ、他の動物の減少や絶滅の証拠はありません。[ 36 ]噴火後もインドで人間の居住が続いたという証拠があります。 [ 37 ]

ガラパゴス諸島フェルナンディナ島の山頂カルデラの衛星写真
トルコ東部、ヴァン湖のネムルートカルデラの斜め航空写真

非爆発性カルデラ

チリ中央部、アルゼンチンとの国境付近に位置するソリプリカルデラは氷に覆われている。この火山は、チリのビジャリカ国立公園内の南アンデス山脈に位置している。[ 38 ]

ハワイ島のキラウエア火山やマウナロア火山といった大型の楯状 火山のように、一部の火山ではカルデラの形成様式が異なります。これらの火山に供給されているマグマは玄武岩で、シリカの含有量は少ないです。そのため、マグマの粘性は流紋岩質火山のマグマよりもはるかに低く、マグマだまりは爆発的な噴火ではなく、大規模な溶岩流によって排出されます。このようにして形成されたカルデラは沈降カルデラとも呼ばれ、爆発性カルデラよりも緩やかに形成されます。例えば、フェルナンディナ島山頂のカルデラは1968年に崩壊し、カルデラ底の一部が350メートル（1,150フィート）も陥没しました。[ 39 ]

地球外カルデラ

1960年代初頭以来、太陽系の他の惑星や衛星でも火山活動が起きていることが分かっています。有人・無人宇宙船の使用により、金星、火星、月、木星の衛星イオで火山活動が発見されています。これらの惑星のいずれにも、地球の火山活動の約60％を占めるプレートテクトニクスは存在しません（残りの40％はホットスポット火山活動によるものです）。[ 40 ]カルデラの構造はこれらの惑星すべてで類似していますが、大きさはかなり異なります。金星のカルデラの平均直径は68km（42マイル）です。イオのカルデラの平均直径は40km（25マイル）近くで、その最頻値は6km（3.7マイル）です。トヴァシュタル・パテラエは直径290km（180マイル）で、おそらく最大のカルデラである。火星のカルデラの平均直径は48km（30マイル）で、金星よりも小さい。地球のカルデラはすべての惑星の中で最も小さく、最大でも1.6～80km（1～50マイル）の範囲である。[ 41 ]

月

月の外殻は数百キロメートルの厚さの低密度の結晶質岩石でできており、これは急速な形成によって形成された。月のクレーターは時を経ても良好な状態で保存されており、かつては激しい火山活動の結果であると考えられていたが、現在では隕石によって形成されたと考えられており、そのほとんどすべては月形成後の最初の数億年の間に起こった。その約5億年後、月のマントルは放射性元素の崩壊によって広範囲に溶融することができた。大規模な衝突クレーターの底では、大規模な玄武岩噴火が一般的に発生した。また、地殻底のマグマ溜まりによって噴火が起こった可能性もある。これがドームを形成し、おそらくカルデラが形成されることで知られる盾状火山と同じ形態をしていると考えられる。[ 40 ]月にはカルデラのような構造はまれだが、全くないわけではない。月の裏側にあるコンプトン・ベルコビッチ火山群はカルデラであると考えられており、おそらく火山灰流カルデラであると考えられます。[ 42 ]

火星

火星の火山活動は、タルシスとエリシウムという2つの主要な地域に集中しています。それぞれの地域には、地球で見られるものと似た巨大な盾状火山が連なり、マントルホットスポットの影響を受けていると考えられます。表面は主に溶岩流で覆われており、いずれの地域にも1つ以上の崩壊カルデラがあります。[ 40 ]火星には太陽系で最も高い火山であるオリンポス山があり、その直径は520km（323マイル）で、エベレストの3倍以上の高さを誇ります。山頂には6つのカルデラが重なり合っています。[ 43 ]

金星

金星にはプレートテクトニクスが存在しないため、熱は主にリソスフェアを通じた伝導によって失われます。このため、金星の表面積の80%を占める巨大な溶岩流が発生します。多くの山々は、直径150～400km（95～250マイル）、高さ2～4km（1.2～2.5マイル）の大規模なシールド火山です。これらの大規模なシールド火山のうち80以上は、平均直径60km（37マイル）の山頂カルデラを有しています。[ 40 ]

イオ

イオは、木星の潮汐力の影響による固体の曲げによって加熱されており、また、隣接する大型衛星であるエウロパとガニメデとの軌道共鳴により、わずかに偏心した軌道を保っています。前述のどの惑星とも異なり、イオは常に火山活動が活発です。例えば、NASAのボイジャー1号と2号は、 1979年にイオを通過した際に、9つの噴火する火山を検出しました。イオには、直径数十キロメートルに及ぶカルデラが多数存在します。[ 40 ]

火山カルデラの一覧

アフリカ

NASAナブロ火山（上）とマラレ火山カルデラ（中央左）の擬似カラー地形レリーフ画像

南極大陸

センチネル2によるデセプション島の衛星画像（2023年3月）

アジア

タンボラ山のカルデラ
ピナツボ山、フィリピン

ヨーロッパ

ギリシャ、サントリーニ島の3D CGI回転空中ビュー
ドイツのラーハー湖の航空写真
イタリア、ナポリ近郊のフレグレイ平原の眺め
アゾレス諸島ファイアル島カルデイラ火山のカルデイラ ドファイアル

北米および中米

コアテペケ カルデラ、エルサルバドルの火口湖
オレゴン州のクレーター湖は紀元前5,680年頃に形成された。
アラスカ州アニアクチャクカルデラ

インド洋

オセアニア

雪に覆われたマウナロア山頂カルデラ、モクアウェオウォ
タウポ湖の衛星写真

南アメリカ

ソリプッリカルデラの東側を向いた航空写真

地球外の火山カルデラ

侵食カルデラ

参照

  • 複合火山 – 複数の関連する火山中心からなる地形
  • マール – 凹凸の少ない火山のクレーター
  • ソマ火山 – 新しい中央火口丘によって部分的に埋められた火山カルデラ
  • 超巨大火山 – 火山爆発指数（VEI）8の噴火を起こした火山
  • 火山爆発指数 – 火山噴火の爆発性を予測する定性的な尺度リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ

説明ノート

  1. ^レオポルド・フォン・ブッフの著書『カナリア諸島の物理的記述』は1825年に出版されました。

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