マグマ溜りにおける  二重拡散対流

 金子 克哉  

京都大学 大学院人間・環境学研究科

マグマ発生から火山まで

マントル

下部地殻

上部地殻

マントル溶融による  マグマの発生

上昇プロセス

停留と分化

地表への上昇

噴火

地表からの高度(km)  

30  

-‐15  

-‐30  

0  

basalt  

Basalt～Rhyolite  

地殻溶融による  マグマの発生

Whole-‐rock  composi/on  of    Aso  ejecta

Aso-‐3

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

50 55 60 65 70 75

MgO

SiO2

AFC  in  magma  chamber

Crust  

Crystalliza4on  Mel4ng  

Convec4on  

Schema/c  phase  diagram  of  magma  and  crust

Granite

,  Rh

yolite  

(upp

er  crust)

Gabb

ro,  B

asalt  

(upp

er  crust)

Composi?on

Tempe

rature

Liquid

Liquid+Solid

Solid

Iso-‐density

Larger  density

Photos  of  experiments  (t=0)

Roof   Floor   Roof  &  Floor   Side  wall  

-40

-20

0

20

40

0 10 20 30 40 50 60 70

NH4Cl-‐H2O  System  &  Ini/al  Condi/onsTempe

rature,  oC  

NH4Cl  concentra?on,  wt%  

Exp.1   Exp.2   Exp.3  

Exp.4  

NH4Cl(solid)  +  liq  

H2O(solid)  +  NH4Cl(solid)  

Liq  ρ=

1020kgm

-‐3  

1040

 

1060

 

1080

 

Ini-al  liquid  

H2O(solid)    +  liq  

ChimneyTop view Side view

Mush surface Solid

Mush

Liquid

Tait & Japaurt (1992)

Field  evidence  of  AFC  at  the  floor

Wiebe (1996) Chapman and Rhodes (1992)

Convec/on  in  the  magma  chamber

Separate  layer    (cold  and  composi?onally  light)    Crustal  melt  does  not    mix  with  magma.  

Floor

magma

Crust

Roof

Main magma

Crustal melt

Crustal  melt  rises  &  mixes  with  magma.    Composi?onal  plume  (cold  and  composi?onally  light)  

“Diffusive  mode”

“Direct  finger  mode”

Akan

KussharoShikotsu

Toya

Towada

Tonohetsuri

Hakone

Shishimuta

AsoKakutoAiraAta

Kikai

Quaternary caldera volcanoes in Japan

>100  km3-‐order

500  km

Central  cones  and  caldera  floor  from  caldera  rim    3  towns  and  45,000  people

The  ac?ve  cater  of  Nakadake  volcano

Volcanic history of Aso volcano

Aso-4 (90 ka) >600km3

Aso-3 (123 ka) >150km3

Aso-2 (141 ka)　>50km3

Aso-1 (266 ka)　>80km3

Aso-3/2 small eruptions

Aso-4/3 small eruptions

Activities of Central cones

Aso-2/1 small eruptions

Formation of the present caldera

after Ono and Watanabe (1985)

Large Pyroclasitc Eruption Cycles

(LPEC)

Deposit  distribu/ons  of  four  large  pyroclas/c  erup/ons

Aso-‐1 Aso-‐2

Aso-‐3 Aso-‐4

AVer  Ono  and  Watanabe(1984)

Schematic diagram of cumulative eruption volume

300 200 100

Aso-3 >150km3

Aso-2 >50km3

Aso-4 >600km3

Central cone stage

0 ka

Cum

ulat

ive

volu

me

Time

Aso-1 >80km3

Scope of this study

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

50 55 60 65 70 75

MgO

SiO2

0

1

2

3

4

5

45 50 55 60 65 70 75SiO2

Whole-‐rock  composi/on  of    Aso  ejecta

Aso-‐3 Aso-‐4

87Sr/86Sr (WR, Glass, Pl)

AnSiO2 wt%

Plagioclase phenocrystWhole-rock & Glass

87S

r/86 S

r

Aso-2

Magma  chamber    of  the  Aso-‐3  cycle

Magma  chamber  of  the  Aso-‐4  cycle

Erup/on  sequence  of  the  Aso-‐4

まとめ

• マグマ溜りにおける対流現象では，熱的効果だけでなく，溶融・結晶化によるマグマ組成変化が重要  

• マグマ溜りの上面，下面，側面で，異なる二重拡散対流効果  

• 阿蘇火山では，2層の成層マグマ溜りから，interfacial  mixingにより中間層が形成している．  

• マグマ溜り初期条件・境界条件が正確にわからないこと，マグマの複雑な物性のため，予測性をもったマグマ溜り過程の理解はできていない．