シールド火山

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、地面に横たわる盾に似ています。これは、流動性の高い（粘性の低い）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遠くまで流れ、より薄い流れを形成します。噴火が繰り返されると、幅広い溶岩層が着実に蓄積され、楯状火山の独特の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到達した場所ならどこでも見られます。しかし、それらはホットスポットや大陸リフト火山に関連する海洋島火山活動に最も特徴的です。 ^{[1]これらには、}マウナロアなどの地球上で最大の活火山が含まれます。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]

「盾状火山」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・ズースによって造られ、 1910年までに英語に翻訳されたドイツ語の「シルドヴルカン」に由来しています^{。[4] [5]}

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流れの産物であり、シンダー コーンは爆発的に噴出するテフラで形成されますが、シールド火山は、非常に流動性の高い溶岩の穏やかな噴出噴火の産物であり、時間の経過とともに、広く緩やかな傾斜の同名の「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適用されるが、マグマ組成の異なるより珍しい盾状火山にも適用されることがある。主に、特に強力な爆発的噴火による破片の堆積によっ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火山がある。^{[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のイルガチュス山脈がある。 ^[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存在しない点でシールド火山と区別されます。^[6]

活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、その結果、極めて大きな規模に達することもある岩山が徐々に形成されていく。^[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ある。^[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、麓の幅が60マイル（100キロメートル）を超えるこの火山には、約80,000 km ³（19,000立方マイル）の玄武岩が含まれていると推定されている。^{[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キロメートル（5マイル）沈下している。^{[13]この沈下と}海底からの火山の高さを考慮すると、噴火の歴史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、面積が約450×650キロメートル（280×400マイル）の巨大な死海底火山、タム山塊の発見を発表しました。これは、地球上でこれまでに知られているすべての火山をはるかに超えるものです。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た。^[17]

シールド火山は緩やかな（通常2°から3°）傾斜をしており、標高が上がるにつれて徐々に急になり（約10°に達する）、山頂近くで平らになり、全体的に上向きに凸の形状を形成します。これらの傾斜特性は溶岩の形成時期と相関関係があり、ハワイ諸島の場合、後期の溶岩はアルカリ性が高く、粘性が高く、流れが厚くなり、山頂の噴出口からの移動距離が短くなるため、傾斜は年月とともに大きくなります。^[18]高さは通常、幅の約20分の1です。^[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りませんが、サイズと形態特性には地域差があります。カリフォルニア州とオレゴン州で発見された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州・グアナファト州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、シールド火山によく見られる特徴で、他の火山の種類ではまれです。ハワイの火山が大きく分散した形状であるのに対し、アイスランドの火山は小さく対称的です^[7]。これは、リフト噴火によるものです。ハワイでは割れ目からの噴火が一般的で、ハワイの噴火のほとんどは、主要な割れ目線に沿ったいわゆる「火の壁」から始まり、少数の地点に集中します。これが非対称な形状の原因ですが、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たどり、溶岩がより均等に分散または対称的になります。^{[12] [7] [20] [21]}

現在知られているシールド火山の噴火特性のほとんどは、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す。 ^[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、ハワイ噴火にその名を冠しています。^[23]これらの噴火は、火山活動の中で最も爆発性が低く、ガス含有量の少ない流動性の高い玄武岩質溶岩の噴出が特徴です。これらの溶岩は、他の噴火タイプの溶岩よりもはるかに長い距離を移動してから固まり、非常に幅広く比較的薄いマグマシートを形成します。このマグマシートの厚さは、多くの場合1メートル（3フィート）未満です。^{[12] [7] [20]}このような少量の溶岩が長い期間にわたって層状に堆積することで、成熟したシールド火山の特徴である低く幅広いプロファイルがゆっくりと構築されます。^[12]

また、他の噴火の種類とは異なり、ハワイの噴火は、分散した割れ目噴火口で発生することが多く、大きな「火のカーテン」で始まり、すぐに静まり、火山のリフトゾーンの特定の場所に集中します。一方、中央噴火口の噴火は、数百メートル以上の高さに達することもある大規模な溶岩噴泉（連続的および散発的）の形をとることがよくあります。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、空気が火砕物で特に濃い場合は、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。噴火率が十分に高い場合は、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、非常に長く続くことが多い。キラウエアの噴石丘であるプウ・オオオは、1983 年 1 月 3 日から 2018 年 4 月まで継続的に噴火しました^。

ハワイの噴火による溶岩流は、構造上の特徴によって 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、ロープのような質感で流れ、アア溶岩流はより密度が高く、粘性が高く (したがって動きが遅い)、ブロック状です。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前面は、その背後にあ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、その背後にある全体の塊が前方に移動します。溶岩流の上部は急速に冷却されますが、溶岩流の下部は上部の固まりによって緩衝され、このメカニズムによってアア溶岩流は長期間にわたって動き続けることができます。これとは対照的に、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溶岩の「つま先」の前進によって移動します。溶岩の粘性の増加や地形によるせん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]

大半のシールド火山は、その体積のほとんどがハワイの玄武岩起源だが、それだけが唯一の火山であることは稀である。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る。デ・ペローテに関するある地質学的研究では、代わりに「複合シールド火山」という用語を提案しているほどである。^[25]成熟したシールド火山の大半は、その側面に複数の噴石丘を持つ。これは、絶え間ない活動中によく見られる火山灰の噴出の結果であり、火山の現在および過去の活動場所の目印となっている。^{[11] [20]}これらの寄生円錐丘の一例はキラウエア火山のプウ・オオにあります^[21]。 1983年以来続いている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）の円錐丘が形成されました。^[26]

ハワイ楯状火山はプレート境界の近くに位置していない。この島々の火山活動は、ホットスポットと呼ばれるマグマの湧昇域を海洋プレートが移動することによって分散している。何百万年もかけて大陸を移動させる地殻変動は、海底を横切る長い火山の跡も作り出す。ハワイ楯状火山やガラパゴス楯状火山、およびそれらに似た他のホットスポット楯状火山は、海洋島の玄武岩でできている。その溶岩は、ナトリウム、カリウム、アルミニウムの含有量が高いのが特徴である。^[27]

シールド火山活動に共通する特徴として、溶岩洞が挙げられる。^[28]溶岩洞は、上にある溶岩が硬化して形成された洞窟のような火山帯である。これらの構造は、管の壁が内部の溶岩を絶縁するため、溶岩の伝播を促進する。 ^[29]溶岩洞はシールド火山活動の大部分を占める可能性があり、例えば、キラウエアを形成する溶岩の推定58％は溶岩洞から来ている。^[28]

いくつかの楯状火山の噴火では、玄武岩質の溶岩が中央の噴火口ではなく長い割れ目から流れ出し、広い台地の形をした長い帯状の火山物質で田園地帯を覆う。このタイプの台地はアイスランド、ワシントン、オレゴン、アイダホに存在し、最も顕著なのはアイダホのスネーク川沿いとワシントンとオレゴンのコロンビア川沿いにあり、厚さは1マイル（2 km）を超えると測定されている。^[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、再生します。長い噴火期間により噴石丘が形成され、その後、時間の経過とともに崩壊してカルデラを形成します。カルデラは、進行する噴火によって埋め尽くされるか、他の場所で形成されることが多く、この崩壊と再生のサイクルは火山の存続期間中ずっと続きます。^[11]

シールド火山における水と溶岩の相互作用により、一部の噴火は水火山性になることがあります。これらの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}ハワイ諸島の水に囲まれた火山で多く見られます。^[20]

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  ハワイのキラウエア島で固まったパホイホイの上を進むアアア
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  キラウエア島のパホイホイ溶岩噴水が噴火
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  エチオピアの活火山、エルタ・アレのカルデラにある溶岩湖
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  パホエホエ川はハワイ島で太平洋に流れ込む
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  キラウエア火山の寄生火山プウ・オオオ。1983 年 6 月の夕暮れ時、噴火サイクルの始まりに近づいた頃に噴出した溶岩。
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  ハワイ島にある溶岩洞、ナフク。現在はハワイ火山国立公園の観光名所となっている。

シールド火山は世界中に見られる。ハワイ・天皇海山列やガラパゴス諸島などのホットスポット（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などの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やベルナップクレーターなどがある。シールド火山の多くはハワイのキラウエア火山などの海盆で見られるが、東アフリカのように内陸でも見られる。^[30]

世界最大かつ最も有名な盾状火山列は、太平洋の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、成長と死滅という明確な進化パターンをたどっている。 ^[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・カムチャッカ海溝近くの末端にある明治海山は8500万年前のものである。^[32]

火山列の中で最も新しいのはハワイで、火山は頻繁に地溝噴火を起こし、その規模が大きく（体積は数千 km ³）、そして不規則で分散した形状を特徴としている。地溝帯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の原因となっている。^[7]ハワイのホットスポット上を太平洋プレートが移動することで火山活動が活発化し、火山、環礁、海山の長い列を形成し、その総体積は 2,600 km (1,616 mi) にも及び、総面積は 750,000 km ³ (179,935 cu mi) を超える。^[33]

この火山列には、海抜4,170メートル（13,680フィート）の高さにあり、水面下13キロメートル（8マイル）の地殻に達し、約80,000 km ³（19,000立方マイル）の岩石を含む盾状火山であるマウナロアが含まれています。^{[28]ハワイの別の盾状火山である} 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、楯状火山と溶岩台地で構成されています。これらはガラパゴスホットスポットによって動かされており、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、それぞれが大きな山頂カルデラで区切られた6つの合体した楯状火山で構成されています。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楯状火山であり、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大きな溶岩台地の上にあります。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2回目の航海中に島々を訪れて以来、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、最後の噴火は2008年5月から6月にかけて起こった。キトの国立工科大学の地球物理学研究所には地震学者と火山学者の国際チームがおり^[38]、エクアドルのアンデス火山帯とガラパゴス諸島にある多数の活火山を監視する責任がある。 ラ・クンブレはフェルナンディナ島の活楯状火山で、2009年4月11日から噴火している^[39]。

ガラパゴス諸島は、このような大きな列島にしては地質学的に若く、その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従っています。ガラパゴス盾状岩の溶岩の組成は、ハワイの火山のものと驚くほど似ています。興味深いことに、それらは、ほとんどのホットスポットに関連付けられている同じ火山「ライン」を形成していません。この点では、ガラパゴス諸島だけではありません。北太平洋のコブ・アイケルベルク海山列も、そのような明確な列の例です。さらに、火山間に明確な年齢パターンはなく、複雑で不規則な形成パターンを示唆しています。島々がどのように形成されたかは、いくつかの理論が提案されているものの、地質学上の謎のままです。^[40]

大西洋の真ん中にある 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年前の完新世の火山である。火山の分布も非常に狭く、西火山帯と北火山帯の2つの帯状に分布している。ハワイの火山と同様に、最初はいくつかの噴火中心から始まり、その後一点に集中する。その後、主な楯状火山が形成され、初期の噴火で形成された小さな楯状火山がその溶岩で埋もれる。^[37]

アイスランドの盾状火山は、ほとんどが小さく（約15 km ³（4 cu mi））、対称形（ただし、これは表面の地形によって影響を受けることがある）、山頂カルデラからの噴火を特徴としている。^{[37]これらは、}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。ソレアイト質盾状火山は、ピクライト質盾状火山よりも幅が広く浅い傾向がある。^[41]これらは、他の盾状火山のようなカルデラの成長と破壊のパターンには従わない。カルデラが形成されることはあるが、通常は消滅しない。^{[7] [37]}

ビンギョル山脈はトルコの盾状火山の一つです。

東アフリカでは、東アフリカ大地溝帯の発達と近くのホットスポットによって火山活動が起こっています。火山によっては、両方と相互作用するものもあります。シールド火山は地溝帯の近くやアフリカ沖で見られますが、成層火山の方が一般的です。研究はまばらですが、その火山がすべて完新世のものであるという事実は、火山の中心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 1 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、一般的に大きな山頂カルデラ内、または火山の側面にある多数の割れ目や噴石丘に集中している。最も最近の世紀の溶岩流は、山頂から30 km (19 mi) 以上側面に沿って流れ、キブ湖まで達している。エチオピアのエルタ・アレは別の活発なシールド火山であり、少なくとも1967年以来、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]他の火山の中心地には、巨大なシールド火山のメネンガイ^[43]やケニアのマルサビット山がある。

楯状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る。^[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、楯状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年から1979年のバイキング計画で初めて詳細に研究されるよりずっと前から観察されていた。火星の火山と地球の火山の主な違いは大きさである。火星の火山の大きさは、高さ14マイル（23 km）、直径370マイル（595 km）に及び、高さ6マイル（10 km）、幅74マイル（119 km）のハワイの楯状火山よりもはるかに大きい。^{[45] [46] [47]}これらの中で最も高いオリンポス山は、太陽系のどの惑星でも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ずっと平らで表面積も広く、直径が700km（430マイル）を超えるものもあります。^[48]これらの火山のほとんどは長い間消滅していますが、ビーナス・エクスプレス宇宙船の観測から、多くがまだ活動している可能性があることが示唆されています。^[49]

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