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火山弧（マグマ弧[1] : 6.2 とも呼ばれる）は、沈み込む海洋プレート[2]の上に形成された火山帯であり、上から見ると弧状に配置されています。火山弧は通常、海溝と平行しており、沈み込むプレートから海溝よりも離れた場所にあります。海洋プレートは水で飽和しており、そのほとんどは雲母、角閃石、蛇紋石などの含水鉱物の形態をしています。海洋プレートが沈み込むと、深度が増すにつれて圧力と温度が上昇します。熱と圧力によってプレート内の含水鉱物が分解され、その上にあるマントルに水が放出されます。水などの揮発性物質はマントルの融点を大幅に下げ、マントルの一部が溶けて、上にあるプレートの下の深部でマグマを形成します。マグマは上昇して、沈み込み帯と平行に火山の弧を形成します。
火山弧は、プレートの中央にあるホットスポット上に形成される火山列とは異なります。プレートがホットスポット上を移動すると、火山が次々に形成されることが多く、火山列の一方の端からもう一方の端に向かって年代が進んでいきます。ハワイ諸島は典型的なホットスポット列を形成しており、古い島々は北西にあり、ハワイ島自体はホットスポット上の列の南東端にあります。ハワイ島自体はわずか 40 万年前に誕生しました。火山弧は一般に、このような単純な年代パターンを示しません。
火山弧には 2 つの種類があります。
- 海洋内弧（原始弧）は、海洋地殻が隣接するプレート上の他の海洋地殻の下に沈み込み、火山島弧を形成するときに形成されます。
- 大陸弧は、海洋地殻が隣接するプレート上の大陸地殻の下に沈み込み、弧状の山脈を形成することによって形成されます。
状況によっては、プレートの一部が大陸の下に沈み込み、一部が隣接する海洋地殻の下に沈み込むため、単一の沈み込み帯がその長さに沿って両方の様相を呈することがあります。アリューシャン列島と隣接するアラスカ半島は、このような沈み込み帯の例です。
火山弧の活動前線とは、特定の時点で火山活動が発達する帯状のことです。活動前線は時間の経過とともに（数百万年）移動し、海溝からの距離や幅が変わります。
地殻構造
火山弧は、地球の表面に見える沈み込み帯の一部である弧-海溝複合体の一部です。沈み込み帯は、比較的薄く密度の高い海洋リソスフェアで構成された構造プレートが、密度の低い上部プレートの下の地球のマントルに沈み込む場所です。上部プレートは、別の海洋プレートまたは大陸プレートのいずれかです。沈み込むプレート、またはスラブは、マントルに斜めに沈み込むため、スラブと上部プレートの間にはマントルのくさびがあります。 [1] : 5
沈み込むプレートと上に乗るプレートの境界は、深く狭い海溝と一致している。この海溝は、比較的密度の高い沈み込むプレートの重力がプレートの前縁を下方に引っ張ることで形成される。[3] : 44–45 沈み込むスラブ内では、島弧の下で深部に向かうにつれて震源が深くなる複数の地震が発生する。これらの地震が和達・ベニオフ帯を定義する。[3] : 33 火山弧は、沈み込むプレートがおよそ 120 キロメートル (75 マイル) の深さに達する地点の上に乗るプレート上に形成され[4]、幅 50 キロメートル (31 マイル) から 200 キロメートル (31 マイル) の火山活動のゾーンである。[5]
火山弧の形状は、通常、沈み込むプレートに向かって凸状になります。これは、地球が球形であるためです。沈み込むプレートは、柔軟な薄い球殻のように振る舞い、そのような殻は、半径が θ/2 の円上でのみ、破れたりしわになったりすることなく、角度 θ だけ下方に曲げることができます。これは、沈み込むプレートが浅い角度で下降する弧は、よりきつく曲がることを意味します。千島列島、アリューシャン列島、スンダ列島など、プレートが約 45 度で沈み込む顕著な弧の半径は約 20 度から 22 度です。[6]
火山弧は、上部プレートが大陸プレートであるもの（アンデス型弧）と上部プレートが海洋プレートであるもの（海洋内弧または原始的弧）に分けられる。弧の下の地殻は、平均的な大陸地殻または海洋地殻の最大2倍の厚さである。アンデス型弧の下の地殻は最大80キロメートル（50マイル）の厚さであるのに対し、海洋内弧の下の地殻は20〜35キロメートル（12〜22マイル）の厚さである。地殻の短縮とマグマのアンダープレーティングの両方が地殻の厚化に寄与している。[1] : 6
火山弧は石灰アルカリマグマの爆発的な噴火を特徴とするが、若い火山弧は時にソレアイトマグマを噴出する[7]ことがあり、少数の火山弧はアルカリマグマを噴出する。[8]石灰アルカリマグマは、アルミニウム含有量が高く鉄含有量が低い[9] : 143–146 こと、およびカリウム、ルビジウム、セシウム、ストロンチウム、バリウムなどの大イオン親岩元素の含有量が、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウム、希土類元素( REE)、トリウム、ウラン、タンタルなどの高磁場強度元素に比べて高いことで、中央海嶺に典型的なソレアイトマグマと区別できる。[10]安山岩は特に火山弧に特徴的な岩石ですが、地殻の伸張領域にも時々見られます。[11]
岩石記録では、火山弧は、灰色岩盤や泥岩と交互に層をなす火山砕屑岩（爆発的な火山活動によって形成された）の厚い層と、その石灰アルカリ性組成によって認識できます。変成作用と組成の変化（交代作用）を経験したより古い岩石では、石灰アルカリ性岩は、変質の影響をほとんど受けないクロムやチタンなどの微量元素の含有量によって区別できますが、火山弧の岩石ではこれらの元素の含有量は低いです。[7]火山岩は風化や浸食を受けやすいため、古い火山弧は、火山弧の下で形成された岩石である深成岩（シエラネバダバソリスなど）[ 12 ]と見なされるか、堆積記録では石質砂岩として見られます。[13]高温低圧変成帯が低温高圧変成帯と平行に位置する対変成帯は、高温低圧帯が火山弧に対応する古代の島弧海溝複合体を保存している。[7]
岩石学
沈み込み帯では、沈み込んだスラブからの水の損失により、上部マントルが部分的に溶融し、低密度の石灰アルカリマグマが生成され、これが浮力で上昇して上部プレートの岩石圏に侵入し、押し出されます。スラブによって下方に運ばれた水のほとんどは、雲母、角閃石、蛇紋岩などの含水鉱物に含まれています。温度と圧力がこれらの鉱物を分解して水分を放出するのに十分になると、沈み込んだプレートから水が失われます。水はスラブの上にあるマントルのくさびに上昇し、マントル岩石の融点をマグマが生成される点まで下げます。[1] : 5.3
一般的なメカニズムについては広く合意が得られているが、海溝から少し離れた狭い弧に沿った集中的な火山活動の説明については研究が続けられている。[1] : 4.2 [14]浅い角度で沈み込むスラブの場合、海溝から火山弧までの距離は長く、これは、スラブが豊富な含水鉱物の分解に臨界深度に達したときにマグマ生成が起こることを示唆している。これにより、上昇する「含水カーテン」が生成され、火山弧に沿った集中的な火山活動が説明される。しかし、いくつかのモデルは、スラブから浅い深さから70〜300キロメートル（43〜186マイル）まで水が継続的に放出され、浅い深さで放出された水の多くが、上にあるマントルウェッジの蛇紋岩化を引き起こすことを示唆している。 [1] : 4.2.42 あるモデルによると、約18〜37パーセントの水分のみが、弧のマグマ活動を生成するのに十分な深さで放出されます。火山弧は、マグマが源岩から分離できるほど溶融度が高くなる深さとして解釈されます。[5]
現在では、沈み込むプレートは、火山弧の 60 ～ 173 キロメートル (37 ～ 107 マイル) 下のいずれかに位置している可能性があることが分かっており、約 120 キロメートル (75 マイル) という単一の特徴的な深さではなく、より精巧な島弧マグマ活動モデルを必要とします。たとえば、中程度の深さでプレートから放出された水は、マントルウェッジの下部にある角閃石鉱物と反応して、水分を多く含む緑泥石を生成する可能性があります。この緑泥石を多く含むマントル岩は、その後、沈み込むプレートによって下方に引きずり込まれ、最終的に分解されて島弧マグマ活動の源となります。[4]島弧の位置は、沈み込みの角度と速度によって決まり、それによって含水鉱物が分解する場所と、放出された水が上にあるマントルウェッジの融点を下げて溶融させる場所が決まります。[15]
火山弧の位置は、マントルウェッジの先端にある冷たく浅い角の存在によって決まると考えられる。この角では、マントル岩石は上にあるプレートとスラブの両方によって冷却される。冷たく浅い角は溶融を抑制するだけでなく、その高い剛性により、形成されたマグマの上昇が妨げられる。火山弧火山活動は、スラブが冷たく浅い角の下から下降する場所で発生し、マグマが生成され、より暖かく、より剛性の低いマントル岩石を通って上昇することを可能にする。[14]
マグマは広い範囲で生成されるが、上部プレートの底部にある透水性障壁によって狭い火山弧に集中する。数値シミュレーションでは、上昇するマグマの結晶化によってこの障壁が形成され、残りのマグマが障壁の頂点の狭い帯状に溜まることが示唆されている。この狭い帯は上部の火山弧に対応している。[16]
例
海洋島弧の典型的な例としては、西太平洋のマリアナ諸島と西大西洋の小アンティル諸島がある。北米西部のカスケード火山弧と南米西端のアンデス山脈は大陸火山弧の例である。両方の特徴を備えた火山弧の最も優れた例は北太平洋にあり、アリューシャン列島とその延長であるアラスカ半島のアリューシャン山脈からなるアリューシャン弧と、千島列島とカムチャッカ半島南部からなる千島・カムチャッカ弧がある。
大陸弧
島弧
太平洋
インド洋
地中海
大西洋
古代の島弧
参照
参考文献
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さらに読む
- 沈み込み帯の火山活動は、2018-12-29にWayback Machineでアーカイブされました。
- 日本のテクトニクスと火山 2016-03-03ウェイバックマシンにアーカイブ
- USGS: 島弧火山、海洋火山、大陸火山