成層火山

成層火山は複合火山とも呼ばれ、固まった溶岩とテフラが交互に重なる多くの層 (地層)でできた典型的な円錐形の 火山です。^[1]楯状火山とは異なり、成層火山は山頂火口のある急峻な形状と爆発的な噴火が特徴です。^{[2]中には、}カルデラと呼ばれる山頂火口が崩壊しているものもあります。^[3]成層火山から流れる溶岩は、粘性が高いため、通常は遠くまで広がる前に冷えて固まります。この溶岩を形成するマグマは、多くの場合、珪長質で、シリカの含有量が高い(流紋岩、デイサイト、安山岩など) ものから中程度のものまで、粘性の低い苦鉄質マグマが少量含まれています。 [ ^4]広範囲にわたる珪長質溶岩流はまれですが、8 km (5 マイル) も流れることがあります。^[5]

複合火山という用語は、地層が整然とした層ではなく、通常、混ざり合って不均一であるため使用されます。^[6]複合火山は最も一般的なタイプの火山の1つです。^[7] 700を超える成層火山が完新世（過去11,700年間）に溶岩を噴出しました。^{[8]また、現在は消滅している古い成層火山の多くは、}太古代にまで遡る溶岩を噴出しています。^{[9] [10]成層火山は通常、}沈み込み帯で見つかりますが、他の地質学的環境でも発生します。壊滅的な噴火で有名な成層火山の2つの例は、インドネシアのクラカタウ（1883年に噴火し、 36,000人の命を奪った）^[11]とイタリアのベスビオ山（西暦79年に噴火し、推定2,000人が死亡）です。^[12]現代では、米国ワシントン州のセントヘレンズ山（1980年）とフィリピンのピナツボ山（1991年）が壊滅的な噴火を起こしたが、死者は少なかった。^[7]

成層火山は沈み込み帯によく見られ、海洋地殻プレートが大陸地殻プレート（大陸弧火山活動、例えばカスケード山脈、アンデス山脈、カンパニア州）または別の海洋地殻プレート（島弧火山活動、例えば日本、フィリピン諸島、アリューシャン列島）の下に引き込まれるプレートテクトニクスの境界に沿って鎖状またはクラスター状に形成されます。^[13]

成層火山は、プレート境界から遠く離れた海洋島におけるプレート内火山活動の結果として、他の地質学的環境でも発生する。例としては、カナリア諸島のテイデ山^[14]やカーボベルデのピコ・ド・フォゴ山^[15]などがある。成層火山は大陸の地溝帯 で形成された。東アフリカ地溝帯の例としては、タンザニアのオル・ドイニョ・レンガイ山^[16]やケニアのロンゴノット山^[17]などがある。

沈み込み帯の火山は、含水 鉱物がスラブ上のマントルに引き込まれることで形成される。緑泥石や蛇紋石などの含水鉱物は、マントルに水を放出し、融点を60～100℃下げる。含水鉱物からの水の放出は「脱水」と呼ばれ、プレートが深部へ沈むにつれて、各鉱物の特定の圧力と温度で起こる。^[18]これにより、マントルが部分的に溶けてマグマが発生する。これをフラックス溶融という。その後、マグマは地殻を上昇し、シリカを豊富に含む地殻岩石を取り込み、最終的な中間組成に至る。マグマが最上層に近づくと、成層火山の下の地殻内のマグマ溜まりに溜まる。 ^[19]

最終的な噴火を引き起こすプロセスについては、さらなる研究が待たれる。考えられるメカニズムとしては、以下のものがある。^[20]

• マグマ分化とは、最も軽くシリカを多く含むマグマと、水、ハロゲン、二酸化硫黄などの揮発性物質がマグマ溜まりの最上部に蓄積する現象です。これにより圧力が劇的に上昇する可能性があります。^[21]
• マグマの部分結晶化。長石などの無水 鉱物がマグマから結晶化すると、残った液体に揮発性物質が濃縮され、2回目の沸騰が起こり、気相（二酸化炭素または水）が液体マグマから分離してマグマ溜まりの圧力が上昇する。^{[22] [23]}
• 新鮮なマグマをマグマ溜まりに注入すると、すでに存在する冷たいマグマが混合され、加熱されます。これにより、揮発性物質が溶液から押し出され、冷たいマグマの密度が低下し、どちらも圧力を上昇させます。多くの噴火の直前にマグマが混合したことを示すかなりの証拠があり、その中には、反応縁を示さない、新しく噴出した珪質溶岩中のマグネシウムに富むオリビン結晶が含まれます。オリビンは珪質マグマと急速に反応して輝石の縁を形成するため、これは混合直後に溶岩が噴火した場合にのみ可能です。^[24]
• 周囲の岩石の溶解が進行している。^[20]

これらの内部トリガーは、セクター崩壊、地震、地下水との相互作用などの外部トリガーによって変更される可能性があります。これらのトリガーのいくつかは、限られた条件下でのみ機能します。たとえば、セクター崩壊（大規模な地滑りで火山の側面の一部が崩壊する）は、非常に浅いマグマ溜まりの噴火のみを誘発します。マグマの分化と熱膨張も、深いマグマ溜まりからの噴火のトリガーとしては無効です。^[20]

有史以来、沈み込み帯（収束境界）火山における爆発的噴火は文明にとって最大の危険をもたらしてきた。^[25] セントヘレンズ山、エトナ山、ピナツボ山などの沈み込み帯の成層火山は、マグマの粘性が高すぎて火山ガスが容易に逃げることができないため、通常、爆発的な勢いで噴火する。^[26]その結果、閉じ込められた火山ガスの膨大な内部圧力が残り、粘性のあるマグマの中で混ざり合う。火口が破れ、火口が開くと、マグマは爆発的に脱ガスする。マグマとガスは高速かつ全力で噴出する。^[25]

1600年以降、火山の噴火により30万人近くが亡くなっています。死者のほとんどは火砕流と泥流によるもので、沈み込み帯の成層火山の爆発的噴火に伴って起こることが多い致命的な災害です。 ^{[25]火砕流は、熱い火山の残骸、細かい}灰、砕けた溶岩、過熱されたガスが混ざり合った、速く、雪崩のように地面をなぎ倒し、白熱した混合物で、時速150キロメートル（90マイル）以上の速度で流れます。^{[25] 1902年に}カリブ海のマルティニーク島で発生したペレ山の噴火では、約3万人が火砕流で亡くなりました。^[25] 1982年3月から4月にかけて、メキシコ南東部チアパス州のエルチチョン山が3回噴火し、メキシコ史上最悪の火山災害を引き起こし、火砕流で2,000人以上が死亡した。^[25]

1991年に噴火した2つの10年火山は、成層火山の災害の例である。6月15日、ピナツボ山が噴火し、火山灰雲が40km（25マイル）上空まで上昇した。大規模な火砕サージとラハール洪水が発生し、周辺地域に多大な被害をもたらした。^[25]マニラから西北西にわずか90km（56マイル）の中央ルソン島に位置するピナツボ山は、1991年の噴火の前は6世紀にわたって休火山であった。この噴火は、20世紀で2番目に大きい噴火の1つであった。^[27]この噴火は大規模な火山灰雲を発生させ、世界の気温に影響を与え、一部の地域では気温を0.5℃も下げた。^[27]火山灰雲は2200万トンのSO2_で構成され、水滴と結合して硫酸を生成しました。^[25] 1991年には、200年間の休止期間を経て日本の雲仙岳も噴火しました。雲仙岳は九州の長崎から東に約40km（25マイル）の場所にあります。^[25] 6月から、新たに形成された溶岩ドームが繰り返し崩壊しました。これにより、時速200km（120マイル）もの速度で山の斜面を流れ落ちる火砕流が発生しました。^[25] 1991年の雲仙岳の噴火は、日本史上最悪の火山災害の1つであり、1792年には15,000人以上の死者を出しました。^[28]

西暦79年のヴェスヴィオ山の噴火は、危険な成層火山の噴火の最も有名な例です。この噴火により、近くの古代都市ポンペイとヘルクラネウムは、6～7メートルの深さに及ぶ厚い火砕サージと軽石の堆積物で完全に覆われました。ポンペイには噴火当時1万人から2万人の住民がいました。^[29] ヴェスヴィオ山は、その強力な爆発的噴火能力と周囲のナポリ大都市圏の人口密度の高さ（合計約360万人）により、世界で最も危険な火山の1つとして知られています。^[30]

爆発的な噴火による火山灰雲は、気候に影響を及ぼす可能性があることに加え、航空にも重大な危険をもたらします。^[25]火山灰雲は、シルトまたは砂大の岩石、鉱物、火山ガラスで構成されています。火山灰の粒子はギザギザしていて、研磨性があり、水に溶けません。^[31]たとえば、1982年にジャワ島ガルングンが噴火した際、ブリティッシュ・エアウェイズ9便が火山灰雲に突入し、一時的なエンジン故障と構造的損傷が発生しました。[ ^32]火山灰による墜落事故は発生していませんが、主に民間航空機を中心に60機以上が損傷しています。これらの事故のいくつかは緊急着陸に至りました。^{[33] [25]}火山灰の降下は、吸入すると健康を害し、財産にも脅威を与えます。厚さ4インチの火山灰層は1平方ヤードあたり120～200ポンドの重さがあり、湿っているとその2倍の重さになることがあります。湿った灰は導電性があるため、電子機器に危険を及ぼすこともあります。^[31]噴火柱の崩壊や、爆発的な噴火中の火山体や溶岩ドームの部分的な崩壊により、濃い熱い火山灰の雲が噴出することがあります。これらの雲は火砕サージと呼ばれ、火山灰に加えて、熱い溶岩、軽石、岩、火山ガスが含まれています。火砕サージは時速50マイル以上の速度で流れ、温度は200℃～700℃です。これらのサージは、その経路にある財産や人々に大きな損害を与える可能性があります。^[34]

成層火山からの溶岩流は、粘性が 非常に高いためゆっくりと流れるため、誰もが避難できるほどゆっくり流れるため、一般的に人間や動物にとって大きな脅威にはなりません。溶岩による死亡のほとんどは、爆発や有毒ガスによる窒息など、関連する原因によるものです。^[35]溶岩流は家屋や農場を厚い火山岩に埋めてしまうことがあり、不動産価値を大幅に下げます。^[35]しかし、すべての成層火山が粘性が高く粘着性のある溶岩を噴出するわけではありません。中央アフリカのキブ湖近くにあるニーラゴンゴは、マグマのシリカ含有量が異常に低く、他の成層火山よりも粘性が低いため、非常に危険です。粘性の低い溶岩は大規模な溶岩噴泉を生み出す可能性があり、粘性の高い溶岩は火口内で固まって火山栓を形成する可能性があります。火山栓は火山ガスを閉じ込めてマグマ溜まりに圧力をかけ、激しい噴火を引き起こす可能性があります。^[36]溶岩の温度は通常700～1,200℃（1,300～2,200℉）です。^[37]

火山弾は、噴火時に噴出する固まっていない岩石と溶岩の塊である。火山弾は、64mm（2.5インチ）より大きいものと分類される。2～64mmのものは火山礫と分類される。^[38]噴火した火山弾は溶融状態にあり、落下中に部分的に冷却して固まる。リボン状または楕円形になることもあり、地面に衝突すると平らになることもある。^[39]火山弾は、ストロンボリ式噴火とブルカノ式噴火、および玄武岩質溶岩と関連している。噴出速度は200～400m/sと記録されており、火山弾の破壊力は大きい。^[38]

ラハール（火山泥流を意味するジャワ語に由来）は、火山の堆積物と水が混ざったものです。ラハールは、噴火中または噴火前の大雨、または氷や雪との相互作用によって発生します。溶けた水が火山の堆積物と混ざり、泥流が高速で流れます。ラハールは通常、約60％の堆積物と40％の水で構成されています。^[40]火山の堆積物の量に応じて、ラハールは流動的になることもあれば、コンクリートのように厚くなることもあります。^[41] ラハールは、建物を倒壊させ、身体に大きな危害を与えるほどの強さと速度を持ち、時速数十キロメートルにも達します。^[40] 1985年にコロンビアのネバド・デル・ルイス山が噴火した際には、火砕サージが標高5,321メートル（17,457フィート）のアンデス山脈の火山の頂上の雪と氷を溶かしました。続いて発生した泥流により2万5000人が死亡し、アルメロ市と近隣の集落が浸水した。^[41]

火山が形成されると、数種類の異なるガスが火山室のマグマと混ざり合う。噴火時にこれらのガスが大気中に放出され、人体に有毒な曝露を引き起こす可能性がある。これらのガスの中で最も豊富なのはH ₂ O（水）で、次いでCO ₂（二酸化炭素）、SO ₂（二酸化硫黄）、H ₂ S（硫化水素）、HF（フッ化水素）と続く。^[40]空気中の濃度が3%を超えると、CO ₂を吸い込んだ場合にめまいや呼吸困難を引き起こす可能性がある。濃度が15%を超えると、CO ₂は死に至る。CO _{2 は}陸地の窪地に沈殿し、致命的で無臭のガス溜まりを形成する可能性がある。^[42] SO _{2 は}接触すると呼吸器、皮膚、目を刺激する物質として分類されている。刺激臭のある卵の臭いとオゾン層の破壊で知られており、噴火の風下では酸性雨を引き起こす可能性がある。^[42] H2S_はSO2_よりもさらに強い臭いがあり、毒性もさらに強い。500ppm以上の濃度に1時間未満さらされると死に至る。^[42] HFや類似の物質は灰の粒子を覆い、堆積すると土壌や水を汚染する可能性がある。^[42]火山のガス放出時にもガスが放出される。これは休眠期間中の受動的なガス放出である。 ^[42]

上記の例のとおり、雲仙岳のような噴火は死者や地域的な被害をもたらしましたが、1991年6月のピナツボ山の噴火の影響は世界的に見られました。^[33]噴煙柱は高さ40kmに達し、17メガトンのSO2を下部成層圏に放出しました_。 [ 43 ]^二酸化硫黄（SO2 _）、二酸化炭素（CO2 _）、およびその他のガスから形成されたエアロゾルは世界中に拡散しました。この雲内のSO2_は水（火山起源および大気起源の両方）と結合して硫酸を形成し、太陽光の一部が対流圏に届くのを妨げました。^[33]これにより、1992年から1993年にかけて地球の気温が約0.4℃（0.72℉）低下しました。これらのエアロゾルにより、オゾン層は当時記録された最低濃度に達しました。^[43]ピナツボ山規模の噴火は数年間にわたって天候に影響を与え、より暖かい冬とより涼しい夏が観測されました。^[43]

同様の現象は、1815年4月にインドネシアのスンバワ島にあるタンボラ山が噴火した際にも発生しました。この噴火は、記録に残る史上最強の噴火として知られています。^[33]噴火雲は、地球の気温を0.4～0.7℃も下げました。^[44]噴火の翌年、北半球のほとんどの地域で夏に涼しい気温が続きました。北半球では、1816年は「夏のない年」として知られています。この噴火により、農作物の不作、食糧不足、洪水が発生し、ヨーロッパ、アジア、北アメリカで10万人以上が死亡しました。^[44]

• 噴石丘 – 火口の周りの火砕流の破片の急峻な丘
• 山の形成 – 山の形成の基礎となる地質学的プロセス
• 造山運動 – 山脈の形成
• 火砕岩盾状火山 – 主に火砕流と高爆発性の噴火によって形成された盾状火山