カルデラ

カルデラ（/ k ɔː l ˈ d ɛr ə , k æ l -/ ^[1] kawl- DERR -ə, kal- ）は、火山の噴火でマグマ溜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。短期間に大量のマグマを噴出する噴火は、マグマ溜まりの構造的完全性に重大な損害を与え、マグマ溜まり自身の天井や上にある基質や岩石を支える能力を大幅に低下させる可能性がある。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溜まりに陥没し、表面に大きな窪み（直径1kmから数十km）が残る。^[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世紀の間に起こる何千もの火山噴火と比較すると、カルデラの形成はまれな出来事であり、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2018年の間に発生したカルデラ形成崩壊は8件のみであることが知られており、^[3] 2018年にはハワイのキラウエアでカルデラ崩壊が発生しました。 ^[4]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。^[5]

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。^[6] 一部の文献では英語のcauldronも使用されていますが、^[7]より最近の研究では、cauldronという用語は、カルデラの底の下の地層が露出するほど深く浸食されたカルデラを指しています。^[6]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ときに地質学用語に導入されました。^{[注 1]そこで彼は、}テイデ山が風景を支配するテネリフェ島のラス・カニャダス・カルデラを最初に見て、次にラ・パルマ島のカルデラ・デ・タブリエンテを見ました。^{[8] [6]}

火山の崩壊は、火山の下にあるマグマ溜まりが空になることによって引き起こされる。これは、大規模な爆発的な噴火（ 1815年のタンボラ火山^[9]を参照）の結果として起こることもあるが、火山の側面での噴火（2007年のピトン・ド・ラ・フルネーズ火山^[10]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 [11] を参照）での噴火によっても起こる。十分な量のマグマが噴出すると、空になったマグマ溜まりは、その上にある火山体の重量を支えることができなくなる。マグマ溜まりの縁の周りには、ほぼ円形の断層「環状断層」が形成される。環状断層は、環状岩脈としても知られる断層貫入の供給源として機能する。^{[12] : 86～89}環状断層の上には、二次的な火山噴火口が形成されることもある。^[12]マグマ溜まりが空になると、リング状の断層内の火山中心部が崩壊し始める。崩壊は一回の大噴火の結果として起こることもあれば、一連の噴火の結果として段階的に起こることもある。崩壊​​する総面積は数百平方キロメートルに及ぶこともある。^[6]

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。^[13]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^[14]に形成されました。 ^[15]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亀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質の貫入岩の近くで最も大きな鉱化が起こっています。^[16]

爆発的なカルデラ噴火は、シリカを多く含むマグマ溜まりによって発生します。シリカを多く含むマグマは粘度が高く、玄武岩のように容易に流れません。^{[11] : 23–26}また、マグマには通常、大量の溶存ガスが含まれており、シリカを最も多く含むマグマでは最大7重量%になります。 ^[17]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火山灰の混合物が生成されます。^[18]

灰と火山ガスの混合物は、最初は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、噴煙柱は浮力を保つのに十分な空気を巻き込むことができなくなり、噴煙柱は崩壊して火山灰の噴出となり、それが地表に戻って火砕流を形成します。^[19]このタイプの噴火は、灰を広大な地域に広げることがあり、そのため、珪質カルデラの噴火によってもたらされた火山灰流凝灰岩は、洪水玄武岩に匹敵する量を持つ唯一の火山噴出物です。^{[11] : 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のは約65万年前で、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メートルの瓦礫で北米の大部分を覆いました。 ^[20]

さらに大きなカルデラを形成した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5000立方キロメートル（1200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た。^{[21] [22]}

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 で満たされます。^[23]カルデラは、火山灰流凝灰岩の流出シート（火山灰流シートとも呼ばれます）に囲まれています。^{[24] [25]}

崩壊したマグマ溜まりにマグマが注入され続けると、バジェスカルデラ、トバ湖、サンファン火山地帯、^[7]セロガラン、^[26]イエローストーン、^[27]および他の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ります。^[7]

珪長質カルデラは、一度の噴火で数百、数千立方キロメートルもの物質を噴出させることがあるため、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^[28]や1991年のピナツボ火山^[29]などの小さなカルデラ形成噴火でも、局所的に大きな破壊を引き起こし、世界中で気温が著しく低下する可能性があります。大きなカルデラでは、さらに大きな影響が出る可能性があります。大きな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。

地質時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名残は、スコットランドの始新世ラム ・コンプレックス、^[23]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）などの場所で見ることができる。^[30]

1968年の論文^[7]で、RLスミスとRAベイリーは地質学に初めて再隆起カルデラの概念を導入し^[6]、そのモデルとしてヴァレスカルデラを選んだ。ヴァレスカルデラはそれほど大きくはないが、比較的若く（125万年前）、異常によく保存されており^[31]、再隆起カルデラの最もよく研​​究された例の1つである。^[6]ヴァレスカルデラの灰流凝灰岩、例えばバンデリア凝灰岩は、徹底的に特徴付けられた最初のものの1つである。^[32]

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）で知られている最大の噴火であり、過去2500万年で知られている最大の爆発的噴火でした。1990年代後半、人類学者スタンレー・アンブローズ^{[33]は、この噴火によって引き起こされた}火山の冬によって、人間の人口が約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・ジョードとヘンリー・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ました。^[34]しかし、どちらの理論が正しいかを直接示す証拠はなく、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。^[35]噴火後もインドでは人間の居住が続いていたという証拠がある。 ^[36]

ハワイ島のキラウエア火山 やマウナロア火山などの一部の火山は、異なる方法でカルデラを形成します。これらの火山に供給されるマグマは、シリカの少ない玄武岩です。その結果、マグマは流紋岩質火山のマグマよりもはるかに粘性が低く、マグマ溜まりは爆発的なイベントではなく大規模な溶岩流によって排出されます。結果として生じるカルデラは沈降カルデラとしても知られ、爆発カルデラよりもゆっくりと形成されます。たとえば、フェルナンディナ島の頂上にあるカルデラは、1968年にカルデラの床の一部が350メートル（1,150フィート）下がったときに崩壊しました。^[38]

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わかってきた。有人・無人の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る。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ない（残りの40%はホットスポット火山活動による）。^[39]カルデラ構造はこれらすべての惑星で類似しているが、大きさはかなり異なる。金星のカルデラの平均直径は68km（42マイル）である。イオのカルデラの平均直径は40km（25マイル）近く、最大は6km（3.7マイル）である。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。^[40]

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。月のクレーターは長い年月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の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。大規模な玄武岩の噴火は、一般的に大きな衝突クレーターの底で発生した。また、噴火は地殻底のマグマ溜まりによって発生した可能性もある。これがドーム状になり、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である。^[39]月にはカルデラのような構造はまれであるが、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る。^[41]

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。各地域には、地球で見られるものと似た一連の巨大な盾状火山があり、おそらくマントルホットスポットの結果です。表面は主に溶岩流で覆われており、すべてに1つ以上の崩壊カルデラがあります。^[39]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520 km（323マイル）で、エベレストの3倍以上です。山頂には6つの入れ子になったカルデラがあります。^[42]

金星にはプレートテクトニクスがないため、熱は主にリソスフェアを通じた伝導によって失われる。これにより、金星の表面積の80%を占める巨大な溶岩流が発生する。山の多くは、直径150〜400 km（95〜250マイル）、高さ2〜4 km（1.2〜2.5マイル）の大きなシールド火山である。これらの大きなシールド火山の80以上は、平均直径60 km（37マイル）の山頂カルデラを持っている。^[39]

イオは、珍しいことに、木星の潮汐力の影響による固体のたわみによって加熱されており、また、イオの軌道は近隣の大きな衛星であるエウロパとガニメデと共鳴しているため、わずかに偏心した軌道を保っている。上記のどの惑星とも異なり、イオは継続的に火山活動を行っている。例えば、NASAのボイジャー1号とボイジャー2号の宇宙船は、1979年にイオを通過した際に、9つの噴火している火山を検出した。イオには、直径数十キロメートルのカルデラが多数ある。^[39]

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  • ラゴア・ダス・セテ・シダデスとフルナス（サンミゲル島、アゾレス諸島、ポルトガル）
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  • Caldeirão do Corvo (コルボ、ポルトガル)
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• マール – 凹凸の少ない火山のクレーター
• ソンマ火山 – 新たな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

• Clough, CT; Maufe, HB; Bailey, EB (1909)。「グレンコーの大釜沈下とそれに伴う火成岩現象」。地質学会季刊誌。65 (1–4): 611–78。doi :10.1144/ GSL.JGS.1909.065.01-04.35。S2CID 129342758  。
• Gudmundsson, Agust (2008)。「マグマ室の形状、流体輸送、局所応力、および崩壊カルデラ形成時の岩石の挙動」。カルデラ火山活動: 分析、モデル化、および対応。火山学の発展。第 10 巻。pp. 313–349。doi : 10.1016 /S1871-644X(07) 00008-3。ISBN 978-0-444-53165-0。
• Kokelaar, B. P; および Moore, I. D; 2006.グレンコーカルデラ火山、スコットランド。ISBN 9780852725252。出版元: 英国地質調査所、キーワース、ノッティンガムシャー。関連する 1:25000 の地質図があります。 
• リップマン、P; 1999.「カルデラ」。Haraldur Sigurdsson 編『火山百科事典』。Academic Press。ISBN 0-12-643140 -X 
• ウィリアムズ、ハウエル (1941)。「カルデラとその起源」カリフォルニア大学地質科学部出版紀要25 : 239–346 。

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• USGS のカルデラに関するページ
• カルデラ火山の一覧
• カルデラ崩壊に関する参考文献集（43ページ）
• ツイード火山のカルデラ – オーストラリア
• 最大の爆発的噴火：コロラド州サンファン火山地帯の 27.8 Ma フィッシュ キャニオン凝灰岩とラ ガリータ カルデラに関する新たな結果
• 超巨大火山
• キラウェア カルデラ崩壊の微速度撮影ビデオ、2018 年