地球科学：流紋岩マグマの流動化と噴火様式を支配する組成上の転換点
Nature 552, 7684 doi: 10.1038/nature24488
地球で最も粘性の高い火山性メルトと最大の爆発的噴火は、カルクアルカリ流紋岩からなる。こうした噴火は、全球の気候に影響を及ぼす可能性がある。噴出物は、一般的に結晶が非常に乏しく極めて脱ガスしているが、マグマの大半は、含水量が多い間隙メルトを少量含む粥状の結晶として貯蔵されている。粥状のマグマがどのようにして流動化し、結晶を含まない噴出可能なマグマの大きな塊を形成するかはよく分かっていない。さらに、流紋岩の噴出は、噴出性と爆発性の間で噴火様式を繰り返し切り替えることがあるが、こうした変化の原因を含水量や結晶化度のレオロジー効果と結び付けるのは難しい。今回我々は、イエローストーン火山系の組成範囲にまたがる一連のメルトの粘性を測定し、狭い組成範囲でメルトの粘性が最大2桁増大することを見いだした。このような粘性の変化は、現行の粘性モデルでは予測されておらず、メルト構造の再構成に起因することがラマン分光測定で確認された。我々は、全球の流紋岩の地球化学的記録に独立して記載されている、組成の臨界転換点を特定した。この転換点では、流紋岩メルトが流動化するか固化しており、世界中の噴出性堆積物と爆発性堆積物が明瞭に分かれている。メルト構造、粘性、噴出挙動の間のこうした相関は、含水量や温度などの他のパラメーターに見られる、自然の噴火に固有の変化にかかわらず維持される。熱力学的モデルから、メルトの流動化や固化をもたらす観測されたわずかな組成変化が、どのようにしてメルトからの結晶成長や酸素フガシティの変化によって生じるかが明らかになった。しかし、含水量や結晶含有量のレオロジー効果のみでは、組成と噴火様式の間の相関を説明できない。我々は、カルクアルカリ流紋岩の組成は、地球最大の火山系の流動化や噴火ダイナミクスを決定するのに重要であり、メルト構造が火山過程を制御する仕組みに関する理解を向上させると結論付ける。
