海底火山の2つの「顔」：壮大でありながらも冷酷

アイスランドは最近非常に混乱しています。 2023年10月末以降、アイスランド南西端のレイキャネス半島では約2万4000回の小規模な地震が記録されている。地下のマグマの侵入規模や移動速度などを分析した専門家によると、ここで火山が噴火する「可能性は高い」という。実際、レイキャネス半島では2021年以降、3回の火山噴火が起きています。海底火山の噴火は美しいアイスランドを創り出しましたが、今ではアイスランドの安全を脅かしています。海底火山は陸上の火山と比べてどうですか?その害はどれほど深刻ですか?

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なぜ海水は火山を消せないのでしょうか？

地球の表面の71％は広大な海で覆われています。もし海の水がすべて排水されたら、起伏のある山々と交差する谷がある、陸上と同じくらい壮観な地形が見られるでしょう。その中でも最も数が多いのは、点在する海底火山です。

火山の位置はランダムではなく、均等に分布しているわけでもありません。代わりに、それらはプレート境界に沿って集中しています。あるプレートが別のプレートと衝突すると、密度の高いプレートが下方に押し下げられ、火山の噴火を引き起こします。中央海嶺から噴火する海底火山もいくつかあります。これは野球のボールの縫い目のようなものです。それはプレートの明確な境界であり、新しい海洋地殻の誕生の地です。たとえば、アイスランドは大西洋中央海嶺の地表露出部です。そこの活発な火山活動は、大西洋がまだ拡大し続けていることを示しています。

海底火山噴火の模式図: 1. 水蒸気雲 2. 海水 3. 地層 4. 溶岩流 5. マグマの通り道 6. マグマ溜まり 7. 岩脈 8. 枕状溶岩 (Wikimedia Commons)

さらに、いくつかの海底火山は海洋プレート内の「ホットスポット」から溢れ出ています。これは地球深部の局所的な熱源によって引き起こされます。プレートがベルトコンベアのように「ホットスポット」の上をゆっくりと移動すると、一連の火山が形成されます。例えば、太平洋ではハワイ島から北西にかけて一連の火山が密集して並んでいます。

8,500万年前から噴火を続け、現在まで噴火を続け、長さ約6,000キロメートルの島々を形成しています。 （出典：Wikipedia）

海底火山のほとんどは死火山で、現在も活動しているのはわずか100ほどです。不思議なのは、なぜ海水が海底火山を消せないのかということです。その理由は、海底火山が噴出するのは燃え盛る炎ではなく、高温の熱い溶岩だからです。冷たい海水は溶岩を冷やすことはできるが、強力な火山を消すことはできない。

地質学者は、海水の影響により、海底火山は陸上の火山とは大きく異なることを発見しました。最も明らかな違いは、海底火山は高圧、低温の環境にあるのに対し、深海火山は上部の水の強い圧力により、通常は火山灰を生成しないという点です。さらに、海底火山の溶岩は陸上の火山の溶岩よりもはるかに早く冷えます。溶岩が海水と接触すると、その表面は急速に凝縮して固い殻を形成し、それが内部の溶岩を包み込み、直径が数センチから数メートルの不規則な楕円形を形成します。見た目が枕状になっていることから枕状溶岩と呼ばれています。

ハワイの海底火山によって生成された枕状溶岩（出典：Wikipedia）

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神の業：海底火山が作り出した驚異

海底火山の噴火は地球の様相を変える重要な力です。海では、火山の噴火によって多くの火山島が形成されます。

南アメリカ大陸の対岸、南極半島の北東端に位置するサウス・シェトランド諸島に、「デセプション島」と呼ばれる不思議な島があります。上から見下ろすと、デセプション島の形が実に奇妙であることがわかります。その輪郭は馬蹄形です。実際、直径約12キロメートルの円形の島です。中央部は海水で満たされており、南東の隙間を通じて海とつながっています。

地質学者はデセプション島が実は火山島であることを発見した。古代、強力な火山噴火によって海の中に島が形成されました。その後、火口が崩壊し、海水が流れ込み、現在の姿になりました。今日に至るまで、デセプション島の火山は依然として活動しています。島の海岸はよく蒸気が上がっており、黒い岩や砂を掘ると温泉が湧き出ることもあるため、有名な観光地となっています。

センチネル2が撮影したデセプション島の衛星画像（出典：Wikipedia）

アフリカ大陸の北西にある大西洋には、カナリア諸島と呼ばれる7つの小さな島々の群島があります。カナリア諸島は、美しい真珠のネックレスのように、大西洋の東から西に並んでいます。もともと、それらはすべて火山島です。エル・イエロ島は、その中でも最も小さく、最も新しい島で、約120万年前に形成されました。東西の長さは約29キロメートル、南北の幅は約16キロメートルで、面積はわずか268.71平方キロメートルです。上空から見下ろすと、3 つの凹面を持つ三角形のように見え、不規則なハート型の模様に似ています。

今日に至るまで、この島には非常に典型的な火山遺跡が残っています。統計によると、島には500以上の火山丘、70以上の溶岩洞窟や通路があり、火山研究の天然の実験室とも言える。それだけでなく、ここの地質構造は現在でも非常に活発で、地震や火山活動が時々発生しています。

南アメリカ西海岸沖の広大な太平洋に位置するガラパゴス諸島も、有名な火山島です。 21の小さな島と数百の岩礁で構成され、総面積は約7,880平方キロメートルです。コロン諸島は、小さなナスカプレートと大きな南アメリカプレートのちょうど接合部に位置しているため、火山活動が活発な地域にあります。ナスカプレートは東へ移動し、年間6.4cmの割合で南アメリカプレートの下に潜り込んでいます。そのため、この地域の地殻活動は非常に活発で、火山が頻繁に噴火します。

島内には火山の火口だけでなく、海底にも多くの火口があります。 1977年、海洋学者たちは有人潜水艇アルビン号に乗り込み、ガラパゴス諸島付近の深さ2,500メートル以上の海底を調査し、黒煙を噴出する噴出口をいくつか発見した。噴気孔は非常に高温で、「海底の黒い煙突」と呼ばれていました。これらの熱水はミネラルが豊富で、一部の生物に栄養を与え、太陽光がなくても自立して存在することを可能にし、独特の極限の水中環境生態系を形成しています。

ガラパゴス諸島フェルナンディナ島のラ・クンブレ火山（出典：Wikipedia）

アルヴィン（出典：Wikipedia）

ガラパゴス地溝帯の噴出口の周りには巨大なチューブワームが集まっている（出典：Wikipedia）

さらに、ハワイ諸島、アリューシャン列島、韓国の済州島はすべて海底火山の噴火によって形成されました。統計によると、世界の活火山の約85％は太平洋にあります。その東海岸と西端は、世界で最も活発な火山活動が起こっている地域です。したがって、ここにある島々は一般的に火山島です。

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冷酷：海底火山の巨大な危険性

海底火山は人間の居住地から遠く離れているものの、ある程度の大きさに達すると大きな脅威となる可能性がある。大量の有害ガスを放出するだけでなく、海水をかき乱して津波を発生させる可能性もあります。 2022年1月14日から15日にかけて、南太平洋の島国トンガのホンアハアパイ島の海底火山が激しく噴火し、世界的な注目と懸念を集めた。トンガホンガハ・アパイ島の火山は、もともとは海底火山でした。近年の度重なる噴火により、徐々に水面から姿を現してきました。

この噴火は大津波を引き起こし、太平洋沿岸のほぼ全域に被害を与えた。統計によると、トンガでは人口の85％が被災し、津波で約600棟の建物が破壊されたほか、1万キロ以上離れたチリの北岸でも高さ2メートルを超える巨大な波が襲い、一部の都市部では海水の逆流も発生した。

さらに、海底火山の噴火も生態環境にダメージを与える可能性があります。 2011年10月から2013年3月にかけて、アフリカ大陸北西部のエル・イエロ島付近で海底火山が噴火し、大量の熱と二酸化炭素が放出され、周辺海域の多数の動植物が消滅した。火山学者らは無人水中探査機を使って調査し、何年も経ってエル・イエロ島付近の海洋生態系が徐々に回復し、溶岩洞窟には多くの動物プランクトン、植物プランクトン、魚、エビ、カニ、貝類が再び現れていることを発見した。

2021年10月のある日、日本の沖縄の海に大量の岩が浮かんでいるのが発見され、多くの船が港に閉じ込められ動けなくなってしまった。何が起こっているのか？調査の結果、これらの石は1000キロ以上離れた小笠原諸島から来たものであることが判明しました。少し前に海底火山が噴火し、噴出した軽石が海面を漂い、その後海流に乗って西へ移動し、沖縄県沖に流れ着いた。

軽石の表面は非常に粗く、気孔がたくさんあります。密度が海水よりも低いため、水に浮くことができます。海底火山からマグマが噴出すると、圧力が急激に低下し、それに応じてマグマ内のガスの溶解度が低下し、ガスが漏れ続けます。このプロセスは、炭酸飲料を開けたときに大量の泡が出てくるのを見るようなものです。しかし、圧力が下がると溶岩の温度も急激に下がり、多くの気泡が逃げる前に岩の中に凝縮され、気孔の多い軽石が形成されました。

気孔だらけの軽石（写真：馬志飛）

軽石は海上輸送には適していません。さまざまな大きさの軽石が海底から現れ、浮島のように広がっています。これらは「軽石筏」と呼ばれ、長さが数十キロメートル以上にもなることがあります。こうした状況が発生すると、通常、短期間で解消することは困難であり、港の正常な航行に影響を与え、さらには船舶のエンジン故障や航行事故を引き起こすこともあります。

海洋生物学者も軽石の出現を非常に心配している。軽石は海底への直射日光に影響を与え、プランクトンの成長を妨げ、海洋食物連鎖に破壊的な影響を及ぼすと研究者らは考えている。さらに、浮遊する軽石は、特定の外来種にとって「天然の渡し船」となる可能性もあります。例えば、一部の貝類は軽石のいかだに乗って、これまで一度も行ったことのない陸地や島に漂着し、侵入種となって他の生物の生存を脅かす可能性があります。

著者: 馬志飛は、北京科学作家協会会員で、人気科学作家です。『紅楼夢』や『ガラスの地球』など、10 冊以上の人気科学書を執筆しています。天然資源部の優秀科学普及図書賞、呉大有科学普及図書賞、中国天然資源作家協会の「中国宝石文学賞」科学普及作品賞を受賞。

査読者：中国地質科学院地質学研究所准研究員、董漢文

制作：中国科学普及協会

制作：中国科学技術出版社、中国科学技術出版社（北京）デジタルメディア株式会社