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マグマ水（幼若水とも呼ばれる）は、地球の地殻深部でマグマによって溶解された鉱物と平衡状態にある水相であり、火山噴火時に大気中に放出されます。マグマ水は、火成岩、特にケイ酸塩の結晶化、およびマグマ溜まりのレオロジーと進化を評価する上で重要な役割を果たします。マグマは、さまざまな相対的な自然存在比の鉱物、結晶、および揮発性物質で構成されています。[ 1 ]マグマの分化は、さまざまな要因、特に水の存在に基づいて大きく異なります。[ 2 ]マグマ溜まり内の揮発性物質の多さは粘度を低下させ、塩化物や水酸化物基を含むハロゲンを含む鉱物の形成につながります。さらに、揮発性物質の相対的な存在比は、玄武岩質、安山岩質、流紋岩質のマグマ溜まり内で異なり、一部の火山が他の火山よりもはるかに爆発的になる原因となっています。マグマ水はケイ酸塩溶融物にはほとんど溶けませんが、流紋岩溶融物中では最も高い溶解度を示します。マグマ水が豊富に含まれていると、母岩中の水素同位体生物地球化学（δ 2 H）と安定酸素同位体比（δ 18 O ）の組成が変化し、結果として高変成度の変形を引き起こすことが示されています。
マグマは、組成が異なる3つの主要な形態で存在します。[ 3 ]マグマが地殻内で結晶化すると、噴出性の火成岩が形成されます。マグマの組成に応じて、流紋岩、安山岩、または玄武岩のいずれかを形成する可能性があります。[ 3 ]揮発性物質、特に水と二酸化炭素は、マグマの各形態の挙動に大きく異なる影響を与えます。[ 4 ]、[ 2 ]揮発性物質の濃度が高いマグマは、温度が数百度まで大幅に低下し、固有の粘度が低下します。[ 5 ]マグマの挙動は、図に示されているように、鉱物組成の変化によっても変化します。たとえば、マグマ水は、ガーネットを含む、水酸基またはハロゲン基が豊富ないくつかの鉱物の結晶化につながります。これらの鉱物の分析は、岩石惑星の内部の形成条件を分析するために使用できます。[ 5 ] , [ 6 ]
揮発性物質は、ほぼすべてのマグマにさまざまな濃度で存在します。マグマ中の揮発性物質の例としては、水、二酸化炭素、ハロゲンガスなどがあります。[ 1 ]高圧により、これらの揮発性物質は溶液中で比較的安定した状態を保つことができます。[ 1 ]しかし、時間の経過とともにマグマの圧力が低下すると、揮発性物質は溶液から気相として上昇し、マグマの圧力をさらに低下させます。[ 1 ]これらの圧力差により、マグマの体積に大きな違いが生じます。[ 1 ]圧力差により、火山の種類によっては爆発的な噴火を起こすものと、噴出型のものが生じます。[ 1 ]
水酸基を含む鉱物の例としてガーネットが挙げられます。ガーネットは無水鉱物で、その安定性から地質学の分野でよく分析されています。ある研究では、赤外分光法を用いて上部マントル内のガーネットの存在を分析し、約3500 cm −1に吸収が見られ、これは水酸基の存在と一致しています。これらのガーネットは、地理的起源に応じて組成が変化することが示されています。[ 6 ]南アフリカのある研究では、濃度が1～135 ppmの範囲であることが確認されました。[ 6 ]しかし、これはコロラド高原などの地域の水酸基含有量よりもかなり低い値です。また、OHとMg + Feの濃度には逆相関があることも実証されています。
玄武岩質マグマは鉄、マグネシウム、カルシウムが最も豊富ですが、シリカ、カリウム、ナトリウムは最も少ないです。[ 1 ]、[ 3 ]玄武岩質マグマ中のシリカの組成は、質量分率(wt.%)、つまりある種の質量分率で 45 ～ 55 %の範囲です。 [ 1 ]約 1830 °F ～ 2200 °Fの温度で形成されます。[ 1 ]、[ 3 ]玄武岩質マグマは粘度と揮発性物質の含有量が最も低いですが、それでも水よりも最大 100,000 倍の粘度を持つ場合があります。[ 1 ]粘度が低いため、これは最も爆発性の低いマグマです。玄武岩質マグマは、楯状火山で知られるハワイなどの地域で見られます。[ 1 ]、[ 7 ]
玄武岩質マグマは、カルシウムに富む斜長石や輝石などの鉱物を形成する。玄武岩質マグマの水の組成は、マグマ溜まりの進化に応じて変化する。コスタリカのイサルなどの弧状列島のマグマは、3.2～3.5重量％の範囲である。[ 8 ]
安山岩質マグマは中間マグマであり、鉄、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウムがほぼ均等に分散している。[ 1 ] [ 3 ]安山岩質マグマのシリカ組成は55～65重量％である。[ 1 ]約1470 °F～1830 °Fの温度で形成される。[ 1 ] [ 3 ]安山岩質マグマは中間的な粘度と揮発性物質含有量を持つ。[ 1 ]斜長石、雲母、角閃石などの鉱物を形成する。
流紋岩質マグマは珪長質で、シリカ、カリウム、ナトリウムが最も豊富ですが、鉄、マグネシウム、カルシウムは最も少ないです。[ 1 ] [ 3 ]流紋岩質マグマのシリカ組成は65～75重量％です。[ 1 ] 約1200 °F～1470 °Fの最も低い温度範囲で形成されます 。[ 1 ] [ 3 ]流紋岩質マグマは最も高い粘度とガス含有量を持っています。[ 1 ]ベスビオ山の壊滅的な噴火を含む、最も爆発的な火山噴火を引き起こします。 [ 1 ]正長石、ナトリウムに富む斜長石、石英、雲母、角閃石などの鉱物を形成します。
鉱物の沈殿は、ケイ酸塩溶融物中の水の溶解度によって影響を受け、水は通常、Si 4+または第 1 族および第 2 族の陽イオンに結合した水酸基として存在し、その濃度は約 6 ～ 7 wt.% の範囲である。[ 9 ]、[ 10 ]具体的には、水と溶存酸素の平衡により水酸化物が生成され、その平衡定数K eq は0.1 ～ 0.3 と近似されている。[ 10 ]
この固有の溶解度は低いが、システムの圧力によって大きく変化する。流紋岩質マグマは溶解度が最も高く、地表では約0%から1100 ℃、5kbarではほぼ10%まで変化する。脱ガスは含水マグマが上昇する際に発生し、溶解した水が徐々に水相に変化する。この水相には、通常、揮発性物質、金属（銅、鉛、亜鉛、銀、金）、および第1族と第2族の陽イオンが豊富に含まれている。水酸基がどの陽イオンに結合しているかによって、火山噴火の特性、特に爆発性に大きな影響を与える。[ 9 ] 374 ℃、218barを超える異常に高い温度と圧力の条件下では、水は超臨界流体状態になり、液体でも気体でもなくなる。[ 9 ]
大西洋中央海嶺内の様々な場所からの同位体データは、斑れい岩、閃緑岩、斜長花崗岩などの苦鉄質から珪長質の貫入火成岩の存在を示している。[ 11 ]これらの岩石は、 マグマ水の存在により600 ℃を超える高温変成作用を受けた。この変形により母岩から18Oが枯渇し、 18Oと16Oの比（δ18O）のさらなる分析につながった。[ 11 ]
火成溶融物と平衡状態にある水は、18Oとδ2Hについて同じ同位体シグネチャーを示すはずである。しかし、マグマ水の同位体研究では、天水との類似性が示されており、マグマ水と天水地下水系の循環を示唆している。[ 12 ]
流体包有物の同位体分析では、 δ 18 O と δ 2 H の含有量が広範囲にわたることが示されています。 [ 13 ]これらの環境における研究では、 SMOWや天水と比較して18 Oが豊富で2 Hが少ないことが示されています。鉱床内では、流体包有物データにより、δ 18 O と δ 2 Hの存在が予想される範囲内であることが示されています。