シールド火山
マウナロア、ハワイの楯状火山
古代ギリシャの戦士の盾。円形で表面が緩やかに傾斜し、中央が盛り上がった形状は、多くの盾状火山に共通する形状です。

楯状火山は、その低い形状からその名が付けられた火山の一種です。地面に横たわる盾のように見えます。楯状火山は、流動性の高い（粘性が低い）溶岩の噴火によって形成されます。この溶岩は、成層火山から噴出する粘性の高い溶岩よりも、より長い距離を流れ、より薄い流れを形成します。噴火が繰り返されることで、広い溶岩層が着実に堆積し、楯状火山の特徴的な形状が形成されます。

シールド火山は、流動性がありシリカ含有量の少ない溶岩が岩石惑星の表面に達する場所であればどこでも見られます。しかし、最も特徴的なのは、ホットスポットや大陸リフト火山活動に伴う海洋島火山活動です。[ 1 ]地球上で最大の活火山であるマウナ・ロア山もシールド火山に含まれます。巨大なシールド火山は、火星のオリンポス山[ 2 ]や金星のサパス山など、太陽系の他の惑星にも見られます。[ 3 ]

語源

「シールド火山」という用語は、1888年にオーストリアの地質学者エドゥアルト・ズエスによって造られたドイツ語の「Schildvulkan」に由来し、 1910年までに英語にも取り入れられました。 [ 4 ] [ 5 ]

地質学

構造

シールド火山の一般的な構造的特徴の図

シールド火山は、そのマグマ組成に起因する構造形態によって、他の3つの主要な火山タイプ（成層火山、溶岩ドーム、シンダーコーン）と区別されます。これら4つの形態のうち、シールド火山は最も粘性の低い溶岩を噴出します。成層火山と溶岩ドームは粘性の高い溶岩流によって形成され、シンダーコーンは爆発的に噴火するテフラによって形成されますが、シールド火山は流動性の高い溶岩の穏やかな噴出によって形成され、長い時間をかけて、広く緩やかな傾斜を持つ、その名の通りの「シールド」を形成します。[ 6 ] [ 7 ]この用語は一般に玄武岩質の盾状火山に用いられるが、マグマ組成の異なるより珍しい盾状火山にも用いられることがある。主に、特に強力な爆発的噴火による破片が堆積して形成された火砕盾や、異常に流動性の高い珪長質マグマによって形成されたより珍しい珪長質溶岩盾である。火砕盾の例には、パプアニューギニアのビリー・ミッチェル火山やチリのプリコ複合岩体がある。[ 8 ] [ 9 ]珪長質盾の例には、カナダのブリティッシュコロンビア州にあるイルガチュズ山脈がある。[ 10 ]盾状火山は、世界各地に存在する広大な溶岩台地や洪水玄武岩と起源が似ている。これらは線状の割れ目火口に沿って発生する噴火地形であり、識別可能な主噴火中心がないためシールド火山と区別されます。[ 6 ]

活シールド火山は、極めて長期間にわたりほぼ継続的に噴火活動を起こしているため、徐々に巨大な岩塊が形成されていきます。[ 7 ]洪水玄武岩を除けば、成熟したシールド火山は地球上で最も大きな火山地形です。[ 11 ]世界最大の陸上火山であるマウナ・ロアの山頂は海抜4,169 メートル (13,678 フィート) に位置し、麓の幅は 60 マイル (100 km) を超え、推定 80,000 km 3 (19,000 cu mi) の玄武岩が含まれています。[ 12 ] [ 7 ]火山の質量が非常に大きいため、その下の地殻がさらに 8 km (5 mi) 沈下しています。[ 13 ]この沈下と海底からの火山の高さを考慮すると、噴火歴が始まってからのマウナロアの「本当の」高さは約17,170メートル（56,000フィート）です。[ 14 ] 比較すると、エベレストの高さは8,848メートル（29,029フィート）です。 [ 15 ] 2013年、ヒューストン大学のウィリアム・セイガー率いるチームが、およそ450×650キロメートル（280×400マイル）の面積を持つ巨大な海底死火山、タム山塊の発見を発表しました。これは地球上でこれまで知られていたすべての火山をはるかに超える大きさです。しかし、火山の範囲は確認されていません。[ 16 ]タム山塊は当初盾状火山であると考えられていましたが、サンガー氏とその同僚は2019年にタム山塊は盾状火山ではないことを認めました。[ 17 ]

シールド火山は緩やかな（通常2度から3度）斜面を特徴とし、標高が上がるにつれて徐々に急勾配になり（約10度に達する）、山頂付近では平坦になり、全体として上向きに凸の形状を形成する。これらの斜面特性は溶岩の形成年代と相関関係があり、ハワイ諸島の場合、形成年代が進むにつれて急勾配となる。これは、後期の溶岩はアルカリ性が高く、粘性が高く、流れが太く、山頂の火口からの距離が短いためである。[ 18 ]高さは通常、幅の約20分の1である。[ 7 ]「典型的な」シールド火山の一般的な形状は世界中でほとんど変わらないが、その規模と形態特性には地域差がある。カリフォルニア州とオレゴン州で見られる典型的なシールド火山は、直径3～4マイル（5～6km）、高さ1,500～2,000フィート（500～600m）です。[ 6 ]一方、メキシコ中部のミチョアカン・グアナファト火山地帯のシールド火山は、平均高さ340m（1,100フィート）、幅4,100m（13,500フィート）、平均傾斜角9.4°、平均体積1.7km3 （ 0.4立方マイル）です。[ 19 ]

リフトゾーンはシールド火山に広く見られる特徴ですが、他の火山種では稀です。ハワイの火山は、アイスランドの同族の火山のように小さく対称的な形状をしているのに対し、大きく分散した形状をしています[ 7 ]。これはリフト噴火によるものです。ハワイでは割れ目噴火が一般的で、ハワイの噴火のほとんどは、主要な割れ目に沿ったいわゆる「火の壁」から始まり、その後、少数の噴火点に集中します。これがハワイの非対称な形状の理由です。一方、アイスランドの火山は、山頂カルデラが支配的な中央噴火のパターンを辿り、溶岩がより均一に分布し、対称的になります[ 12 ] [ 7 ] [ 20 ] [ 21 ]

噴火の特徴

ハワイの噴火の図。(凡例: 1.火山灰の噴煙2.溶岩の泉3.火口4.溶岩湖5.噴気孔6.溶岩流7.溶岩と火山灰の層8.地層9.岩床10.マグマの導管 11.マグマだまり12.岩脈)クリックすると拡大表示されます。

シールド火山の噴火の特徴について現在わかっていることのほとんどは、科学的にアクセスしやすいことから、これまでのところすべてのシールド火山の中で最も集中的に研究されているハワイ島の火山に関する研究から得られたものである。 [ 22 ]この島は、シールド火山活動に典型的なゆっくりと移動する噴火、いわゆるハワイ噴火にその名を貸している。[ 23 ]これらの噴火は、火山活動の中で最も爆発性の低いもので、ガス含有量が少なく流動性の高い玄武岩質溶岩の噴出を特徴とする。これらの溶岩は、他の種類の噴火の溶岩よりもはるかに長い距離を移動してから固まり、厚さが1メートル（3フィート）未満の場合が多い、非常に幅が広​​いが比較的薄いマグマシートを形成する。[ 12 ] [ 7 ] [ 20 ]このような少量の溶岩が長い年月をかけて層状に堆積し、成熟したシールド火山の特徴である低く広い地形をゆっくりと形成していきます。[ 12 ]

また、他の噴火の種類とは異なり、ハワイの噴火は多くの場合、分散した割れ目火口で発生し、最初に大きな「火のカーテン」が広がりますが、すぐに消えて火山のリフトゾーンの特定の場所に集中します。一方、中央火口噴火は、しばしば大規模な溶岩噴泉（連続的および散発的）の形をとり、高さ数百メートル以上に達することがあります。溶岩噴泉からの粒子は通常、地面に落ちる前に空気中で冷やされ、その結果、スコリアの破片が堆積します。しかし、空気中に火砕物が特に密集している場合は、周囲の熱のために十分に冷やされず、まだ熱いまま地面に落ち、スパッタコーンに堆積します。噴火率が高ければ、スプラッタ供給溶岩流を形成することもあります。ハワイの噴火はしばしば非常に長く続きます。キラウェアの噴石丘であるプウオオは、1983 年 1 月 3 日から 2018 年 4 月まで継続的に噴火しました。[ 20 ]

ハワイの噴火による溶岩流は、その構造的特徴から2つのタイプに分けられます。パホエホエ溶岩は比較的滑らかで、ロープ状の質感で流れ、アア溶岩流はより密度が高く、粘性が高く（したがって移動速度が遅く）、塊状です。これらの溶岩流の厚さは2～20メートル（10～70フィート）です。アア溶岩流は圧力によって移動します。部分的に固まった溶岩流の先端は、その背後を流れる溶岩の塊によって急勾配になり、その後分離します。その後、その背後にある溶岩の塊全体が前方に移動します。溶岩流の上部は急速に冷えますが、下部の溶融状態は上部の固化する岩石によって緩和されます。このメカニズムにより、アア溶岩流は長期間にわたって移動し続けることができます。一方、パホエホエ溶岩流は、より一般的なシート状、または蛇行する溶岩柱の「つま先」を前進させることによって移動します。溶岩の粘性の増加や地形による剪断応力によってパホエホエ流がアア流に変化する可能性があるが、その逆は起こり得ない。[ 24 ]

ほとんどのシールド火山は、その体積のほぼ全てがハワイ起源の玄武岩質岩石ですが、必ずしもそれだけというわけではありません。アラスカのランゲル山やメキシコのコフレ・デ・ペローテなど、一部の火山は、歴史的にマグマ噴火の特徴が大きく変動しており、厳密な分類に疑問を投げかけています。デ・ペローテに関するある地質学的研究では、「複合シールド火山」という用語を用いることを提案するほどです。[ 25 ]成熟したシールド火山のほとんどは、山腹に複数のシンダーコーンを有しています。これは、絶え間ない活動の間によく見られるテフラの噴出によるもので、現在および過去に活動していた火山の痕跡を示しています。[ 11 ] [ 20 ]これらの寄生円錐の一例として、キラウエア火山のプウ・オオが挙げられます[ 21 ] 。 1983年以来の継続的な活動により、歴史上最も長く続いたリフト噴火の1つの場所に、高さ2,290フィート（698メートル）の円錐が形成されました。[ 26 ]

ハワイ楯状火山群はプレート境界付近に位置していない。この島嶼列の火山活動は、ホットスポットと呼ばれるマグマの湧昇域における海洋プレートの運動によって分散している。数百万年にわたる地殻変動は、大陸を移動させる地殻運動によって、海底に長い火山活動跡も生み出してきた。ハワイ楯状火山群やガラパゴス楯状火山群、そしてそれらに類似するホットスポット楯状火山群は、海洋島玄武岩で構成されている。これらの溶岩は、ナトリウム、カリウム、アルミニウムの含有量が高いことが特徴です。[ 27 ]

シールド火山活動に共通する特徴として、溶岩洞が挙げられます。[ 28 ]溶岩洞は、覆っている溶岩が固まることで形成された洞窟状の火山帯です。これらの構造は、管壁が内部の溶岩を断熱するため、溶岩の伝播を促進します。 [ 29 ]溶岩洞はシールド火山活動の大部分を占めており、例えばキラウエア火山を形成する溶岩の推定58%は溶岩洞から来ています。[ 28 ]

一部の楯状火山の噴火では、玄武岩質の溶岩が中央の火口ではなく長い割れ目から噴出し、広い台地を形成する長い帯状の火山物質で辺境を覆う。この種の台地はアイスランド、ワシントン州、オレゴン州、アイダホ州に存在し、最も顕著なのはアイダホ州のスネーク川沿いとワシントン州およびオレゴン州のコロンビア川沿いに位置し、その厚さは1マイル（2キロメートル）を超えることが測定されている。[ 12 ]

カルデラは楯状火山によく見られる特徴です。カルデラは火山の存続期間中に形成され、再生を繰り返します。長い噴火期間によって噴石丘が形成され、それが時を経て崩壊してカルデラを形成します。カルデラはしばしば連続噴火によって埋め尽くされるか、あるいは他の場所で形成され、この崩壊と再生のサイクルは火山の存続期間中ずっと繰り返されます。[ 11 ]

シールド火山における水と溶岩の相互作用により、一部の噴火は水噴火となることがあります。このような爆発的な噴火は、通常のシールド火山活動とは大きく異なり[ 11 ] 、特にハワイ諸島の水域火山で多く見られます[ 20 ]。

分布

シールド火山は世界中に分布している。ハワイ・天皇海山列やガラパゴス諸島のようなホットスポット（地表下のマグマが湧き出る地点）や、アイスランド楯状地や東アフリカのシールド火山のようなより一般的なリフトゾーンで形成される。シールド火山は通常は沈み込み帯とは関連付けられていないが、沈み込み帯で発生することがある。カリフォルニア州とオレゴン州には多くの例があり、ラッセン火山国立公園のプロスペクトピークやオレゴン州のペリカンビュート、ベルナップクレーターなどが挙げられる。シールド火山の多くはハワイのキラウエア火山のように海盆で見られるが、東アフリカのように内陸部でも見られる。[ 30 ]

ハワイ・天皇海山列

世界最大かつ最も顕著な盾状火山列は、太平洋に広がるホットスポット火山列であるハワイ・天皇海山列である。これらの火山は、独特の成長と消滅の進化パターンを辿っている。 [ 31 ]この列には少なくとも43の主要な火山が含まれており、千島・カムチャッカ海溝付近の末端に位置する明治海山は8500万年前に形成された。[ 32 ]

ハワイ火山群は、火山列の中で最も新しい部分であり、頻繁なリフト噴火、その巨大な規模（体積は数千km ³）、そして荒々しく分散した形状を特徴としています。リフトゾーンはこれらの火山の顕著な特徴であり、一見ランダムな火山構造を説明しています。[ 7 ]ハワイホットスポット上の太平洋プレートの動きによって活動が活発化し、全長2,600km（1,616マイル）、総体積750,000km ³ （179,935立方マイル）を超える火山、環礁、海山の長い列を形成しています。[ 33 ]

この火山列には、海抜4,170メートル（13,680フィート）の楯状火山であるマウナロア山が含まれており、水面下13キロメートル（8マイル）の地殻に達し、約80,000平方キロメートル（ 19,000立方マイル）の岩石があります。[ 28 ]ハワイの別の楯状火山であるキラウエアは、地球上で最も活発な火山の一つであり、最近の噴火は2021年に発生しました。[ 12 ]

ガラパゴス諸島

ガラパゴス諸島は、エクアドルの西約1,100 km (680 mi) に位置する、孤立した火山群で、シールド火山と溶岩台地で構成されています。これらの火山はガラパゴスホットスポットによって形成され、およそ420万年から70万年前に形成されました。[ 27 ]最大の島であるイサベラ島は、6つの合体したシールド火山で構成され、それぞれが大きな山頂カルデラによって区切られています。最古の島であるエスパニョーラ島と最年少の島であるフェルナンディナ島もシールド火山であり、諸島の他のほとんどの島も同様です。[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]ガラパゴス諸島は、ガラパゴスプラットフォームとして知られる広大な溶岩台地に位置しています。このプラットフォームは、直径174マイル（280キロメートル）に広がる島々の基部に360〜900メートル（1,181〜2,953フィート）の浅い水深を作り出します。[ 37 ]チャールズ・ダーウィンが1835年にHMSビーグル号の第2回航海で島々を訪れて以来、島々では6つの異なる盾状火山からの60回以上の噴火が記録されています。[ 34 ] [ 36 ] 21の噴火火山のうち、13が活火山と考えられています。[ 27 ]

セロ・アスールはイサベラ島南西部にある楯状火山で、ガラパゴス諸島で最も活発な火山の一つです。直近の噴火は2008年5月から6月にかけて発生しました。キトの国立工科大学地球物理学研究所には、地震学者と火山学者からなる国際チームが駐在しています[ 38 ]。彼らはエクアドルのアンデス火山帯とガラパゴス諸島に点在する多数の活火山を監視する役割を担っています。 ラ・クンブレはフェルナンディナ島にある活楯状火山で、2009年4月11日から噴火を続けています[ 39 ] 。

ガラパゴス諸島は、これほど大きな海山列としては地質学的に若い島であり、リフトゾーンのパターンは北北西方向と東西方向の2つの傾向のいずれかに沿っています。ガラパゴス楯状地の溶岩の組成は、ハワイの火山のものと驚くほど類似しています。しかし、多くのホットスポットに見られるような火山の「線」は形成されていません。この点では、ガラパゴス諸島に限ったことではありません。北太平洋のコブ・アイケルベルク海山列も、このような明確な海山列の例です。さらに、火山間に明確な年代パターンは見られず、複雑で不規則な形成パターンを示唆しています。これらの島々の形成過程は、いくつかの説が提唱されているものの、依然として地質学的な謎に包まれています。[ 40 ]

アイスランド

スキャルドブレイズルはアイスランドの盾状火山で、その名前はアイスランド語で「広い盾」を意味します。

大西洋中央部のプレート境界である大西洋中央海嶺の上に位置するアイスランドには、様々な種類の火山が約130ある。[ 21 ]アイスランドの楯状火山は、一般的に5,000年から10,000年前の完新世に形成されたものである。また、火山の分布は非常に狭く、西部火山帯と北部火山帯の2つの帯状に分布している。ハワイの火山と同様に、アイスランドの楯状火山の形成は、当初は複数の噴火中心から始まり、その後、一点に集中する。その後、初期の噴火で形成された小さな楯状火山を溶岩で埋め尽くし、主要な楯状火山が形成される。[ 37 ]

アイスランドの楯状火山は、ほとんどが小規模（約15 km 3 (4 cu mi)）で、対称形（ただし、これは地表地形の影響を受けることがある）であり、山頂カルデラからの噴火を特徴とする。[ 37 ]楯状火山は、ソレアイト質オリビンまたはピクライト質玄武岩で構成されている。ソレアイト質楯状火山は、ピクライト質楯状火山よりも幅が広く、浅い傾向がある。[ 41 ]楯状火山は、他の楯状火山のようなカルデラの成長と破壊のパターンをたどらない。カルデラが形成されることはあっても、通常は消滅しない。[ 7 ] [ 37 ]

七面鳥

ビンギョル山脈はトルコにある盾状火山のひとつです。

東アフリカ

東アフリカでは、東アフリカ地溝帯の発達と近隣のホットスポットによって火山活動が活発化しています。一部の火山は両方と相互作用しています。楯状火山は地溝帯付近とアフリカ沖合に見られますが、成層火山の方が一般的です。研究は乏しいものの、東アフリカの火山のすべてが完新世のものであるという事実は、火山中心部がいかに若いかを反映しています。東アフリカの火山活動の興味深い特徴の一つは、溶岩湖の形成傾向です。これらの半永久的な溶岩体は、他の地域では非常にまれですが、アフリカの噴火の約9%で形成されます。[ 42 ]

アフリカで最も活発なシールド火山はニャムラギラである。このシールド火山の噴火は、一般的に山頂の大きなカルデラ内か、山腹の無数の割れ目やシンダーコーンに集中している。最近1世紀に流出した溶岩流は山頂から30 km (19 mi) 以上山腹を流れ、キブ湖にまで達している。エチオピアのエルタ・アレも活発なシールド火山で、少なくとも1967年から、おそらくは1906年から活動している、永久溶岩湖を持つ世界でも数少ない場所の1つである。 [ 42 ]その他の火山中心地には、巨大なシールド火山メネンガイ[ 43 ]やケニアの マルサビット山などがある。

地球外シールド火山

上はオリンポス山、下はハワイ諸島を示す拡大画像。火星の火山は地球の火山よりもはるかに大きい。

シールド火山は地球に限らず、火星、金星、木星の衛星イオでも発見されています。[ 44 ]

火星の楯状火山は地球の楯状火山と非常によく似ている。どちらの惑星でも、火山の側面はなだらかに傾斜しており、中央構造に沿って崩壊クレーターがあり、非常に流動性の高い溶岩でできている。火星の火山の特徴は、1976～1979年のバイキング計画で初めて詳しく調査されるよりずっと以前から観測されていた。火星の火山と地球の火山の主な違いは規模にある。火星の火山は高さ14マイル（23km）、直径370マイル（595km）に達し、高さ6マイル（10km）、幅74マイル（119km）のハワイの楯状火山よりもはるかに大きい。[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]これらのうち最も高いオリンポス山は、太陽系の惑星で知られている最も高い山である。

金星には150以上の楯状火山があり、地球にある火山よりも平らで表面積が広く、直径が700キロメートル（430マイル）を超えるものもあります。[ 48 ]これらの火山の大部分は長い間活動していませんが、ビーナス・エクスプレス探査機による観測から、現在も活動している火山が多くあることが示唆されています。[ 49 ]

参考文献

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