マグマの性質と火山の形・噴火

SiO₂ の量・温度とマグマの粘性の関係、粘性と噴火の様式（おだやか・爆発的）、火山の形（盾状火山・成層火山・溶岩ドーム）の対応を判定でき、モデル実験の結果を正しく解釈できる

前提

火山とマグマ・火成岩（中学理科地学分野の用語と知識）

説明

火山の形や噴火のようすは火山ごとに大きく違いますが、その違いの多くは、地下から上がってくるマグマの粘性（ねばりけ）で説明できます。この技能では、マグマに含まれる二酸化ケイ素（ $Si O_{2}$ ）の量と温度から粘性の大小を判断し、粘性から噴火の様式（おだやか・爆発的）と火山の形（盾状火山・成層火山・溶岩ドーム）を対応させられるようになります。また、小麦粉や石こうなどを使ったモデル実験の結果を、実際の火山にあてはめて解釈できるようになります。

なぜそうしてよいのか

マグマの粘性は、おもに $Si O_{2}$ の量と温度で決まります。マグマの中では、 $Si O_{2}$ のケイ素と酸素がつながり合った構造ができていて、 $Si O_{2}$ が多いほどこのつながりが広がり、マグマ全体が流れにくくなります。また、水あめやはちみつが冷えると固くなるのと同じように、マグマも温度が低いほど流れにくくなります。 $Si O_{2}$ が少ないマグマ（玄武岩質、 $Si O_{2}$ 約 50 %）は温度も高く（約 1200 ℃）、粘性が小さくさらさらしています。 $Si O_{2}$ が多いマグマ（流紋岩質、 $Si O_{2}$ 約 70 %）は温度も低く（約 900 ℃）、粘性が大きくねばねばしています。安山岩質のマグマはその中間です。

マグマには水蒸気などの火山ガスが溶けこんでいて、地表近くで圧力が下がると泡になって出てきます。粘性が小さいマグマでは泡が抜けやすく、溶岩が流れ出るおだやかな噴火になります。粘性が大きいマグマでは泡が抜けにくく、圧力が高まってから一気に放出されるので、爆発的な噴火になりやすくなります。

火山の形も粘性で決まります。粘性が小さい溶岩は遠くまで薄く広がって流れるので、傾斜がゆるやかで底の広い盾状火山ができます。粘性が大きい溶岩はほとんど流れずに火口の上に盛り上がるので、おわんをふせたような溶岩ドーム（溶岩円頂丘）ができます。中間の粘性では、溶岩の流出と、火山灰や火山れきなどの噴出をくり返し、それらが交互に積み重なった円すい形の成層火山ができます。モデル実験では、水の量を変えた小麦粉や石こうを板の穴から押し出すと、水が少ない（粘性が大きい）ものほど高く盛り上がり、水が多い（粘性が小さい）ものほど平たく広がります。ここで、ペーストの水の量は「マグマの粘性の大小」だけを表すための仕掛けで、実際のマグマの $Si O_{2}$ の量や温度そのものを表しているわけではありません。実際のマグマの粘性は $Si O_{2}$ の量と温度の両方で変わるので、実験でわかるのは「粘性が大きい（小さい）と、どんな形になるか」までです。

手順

$Si O_{2}$ の量と温度から粘性を判断する： $Si O_{2}$ が多い・温度が低いほど粘性が大きい
粘性から噴火の様式を対応させる：粘性が小さい → ガスが抜けやすくおだやか、粘性が大きい → ガスが抜けにくく爆発的
粘性から火山の形を対応させる：小さい → 盾状火山、中間 → 成層火山、大きい → 溶岩ドーム
モデル実験では、材料の水の量が粘性の大小にあたることを確認し、盛り上がり方を火山の形に読みかえる。ただし、実験でわかる粘性の大小から、 $Si O_{2}$ の量や温度を直接決めてはいけない（粘性は両方の影響を受けるため）
選択肢の文の「 $Si O_{2}$ ・温度 → 粘性 → 噴火・形」のつながりが、手順 1〜3 の対応と、実験から言える範囲に合っているかを確かめる

例題

水の量だけを変えた 2 種類の小麦粉ペースト A（水を少なめにしたもの）と B（水を多めにしたもの）を用意し、それぞれ同じ量を、板にあけた穴から下から押し出して、できた形を比べた。その結果、A は板の上で高く盛り上がり、B は平たく広がった。この実験の結果とマグマの性質について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ア　A は、粘性の小さいマグマのモデルにあたる。
イ　B のような形の火山は、溶岩ドームにあたる。
ウ　A のような形の火山は溶岩ドームにあたり、それをつくるマグマは火山ガスが抜けにくく、爆発的な噴火になりやすい。
エ　B のような形の火山をつくるマグマは、粘性が大きく、火山ガスが抜けにくい。

例題の解答

手順 4：水を少なめにした A は粘性が大きく、高く盛り上がった。水を多めにした B は粘性が小さく、平たく広がった。手順 3 より、A の形は溶岩ドーム、B の形は盾状火山にあたる。

ア：A は水が少なく粘性が大きいペーストなので、粘性の大きいマグマのモデルである。よって誤り。

イ：B の形は傾斜がゆるやかな盾状火山にあたる。溶岩ドームにあたるのは A である。よって誤り。

ウ：A の形は溶岩ドームにあたり、それをつくるマグマは粘性が大きい。手順 2 より、粘性が大きいマグマは火山ガスが抜けにくく、爆発的な噴火になりやすい。よって正しい。

エ：B にあたるマグマは粘性が小さく、手順 2 より火山ガスは抜けやすい。よって誤り。

手順 5：ウは「粘性 → 形・噴火」の向きに沿っていて、実験から言える範囲に収まっている。したがって、正しいものはウである。

答え:

ウ

よくある誤り

温度が高いマグマほど粘性が大きいと考えてしまう誤り。正しくは、温度が高いほど流れやすく粘性は小さい。 $Si O_{2}$ が少ない玄武岩質マグマは約 1200 ℃と高温で、粘性が小さい。
$Si O_{2}$ が多いほどマグマがさらさらすると考えてしまう誤り。正しくは、 $Si O_{2}$ が多い（約 70 %）流紋岩質マグマほど粘性が大きく、 $Si O_{2}$ が少ない（約 50 %）玄武岩質マグマほど粘性が小さい。
粘性が小さいマグマのほうが勢いよく噴き出すので爆発的になると考えてしまう誤り。正しくは、粘性が大きいマグマほど火山ガスが抜けにくく、たまった圧力が一気に放出されて爆発的な噴火になりやすい。
モデル実験で、高く盛り上がったものを盾状火山と結びつけたり、水の量の違いからマグマの温度や $Si O_{2}$ の量まで決めてしまったりする誤り。正しくは、水の量は粘性の大小を表し、高く盛り上がる（粘性が大きい）ものは溶岩ドーム、平たく広がる（粘性が小さい）ものが盾状火山にあたる。

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

難易度 1（教科書の例題レベル）
$Si O_{2}$ の割合が多く、温度が比較的低いマグマがある。このマグマの性質と、このマグマがつくる火山や噴火のようすについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
- ア　粘性が小さく、溶岩が遠くまで薄く流れ広がるので、傾斜のゆるやかな盾状火山をつくりやすい。
- イ　粘性が大きく、火山ガスが抜けにくいので爆発的な噴火を起こしやすく、溶岩ドームをつくることがある。
- ウ　粘性が大きく、溶岩が流れにくいので、溶岩を静かに流し出すおだやかな噴火を起こしやすい。
- エ　粘性が小さく、冷えて固まると黒っぽい色の玄武岩になりやすい。

この技能を使う問題

難易度 2（教科書の章末問題レベル）
SiO $_{2}$ の割合が少なく、温度が高い玄武岩質のマグマは粘性が小さい。このようなマグマが山頂付近の火口から噴出すると、爆発的な噴火にはなりにくく、流れやすい溶岩が四方に薄く広がって流れ下る。これが何度もくり返されると、斜面の傾斜がゆるやかで、すそ野が広い、なだらかな大型の火山体ができる。ハワイ島のキラウエア火山やマウナロア火山がその例である。
このような形の火山を何というか。漢字で答えよ。

難易度 2（教科書の章末問題レベル）

火山の形とマグマの粘性の関係を調べるために、次のモデル実験を行った。

【実験】ホットケーキミックスに加える水の量だけを変えて、粘りけ（粘性）の異なる 3 種類の液体 X・Y・Z をつくった。水平に置いた板の中央に穴をあけ、液体を入れた袋を板の下から押して、同じ量の液体を穴から少しずつ板の上に押し出した。板の上にできた盛り上がりの形を観察した結果を、次の表に示す。

液体	加えた水の量	板の上にできた盛り上がりの形
X	多い	穴から四方に薄く広がった。高さは低く、傾斜はゆるやかだった
Y	中程度	X より高く盛り上がり、傾斜は X より急だった
Z	少ない	ほとんど広がらず、穴の上にドーム状に高く盛り上がった。傾斜は最も急だった

この実験で、液体の粘性が実際のマグマの粘性に対応すると考える。実験の結果とマグマの性質についての知識をもとに考えたとき、正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

ア　X の盛り上がりに相当する形の火山をつくるマグマは、Z の盛り上がりに相当する形の火山をつくるマグマよりも、SiO $_{2}$ の割合が多い。
イ　Z の盛り上がりに相当する形の火山をつくるマグマは、X の盛り上がりに相当する形の火山をつくるマグマよりも、温度が高い。
ウ　Z の盛り上がりに相当する形の火山をつくるマグマが冷え固まった火山岩は、X の場合に比べて有色鉱物の割合が少なく、白っぽい色をしていることが多い。
エ　X の盛り上がりに相当する形の火山をつくるマグマの噴火は、Z の盛り上がりに相当する形の火山をつくるマグマの噴火に比べて、爆発的な噴火になりやすい。
オ　X の盛り上がりに相当する形の火山の例として、溶岩ドーム（溶岩円頂丘）があげられる。

難易度 3（共通テストレベル）
ある火山を調べたところ、次の観察記録が得られた。
- 山頂部に、溶岩が火口からほとんど流れ広がらずに盛り上がってできた、斜面の傾斜が急なドーム状の高まりがある。
- この高まりをつくる溶岩は全体に白っぽい色をしており、斑晶として石英や黒雲母を含む。
- 過去の噴火では、この高まりの一部が崩れて火砕流が発生した記録がある。
この火山をつくったマグマの性質と、そのマグマによる噴火の特徴について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
- ア　SiO $_{2}$ の割合が少なく温度が高いため粘性が小さく、溶岩が流れやすいので、傾斜のゆるやかな山体をつくりやすい。
- イ　SiO $_{2}$ の割合が多く温度が高いため粘性が小さく、火山ガスが抜けやすいので、溶岩が火口付近にとどまって盛り上がりやすい。
- ウ　SiO $_{2}$ の割合が多く温度が低いため粘性が大きく、火山ガスが抜けにくいので、爆発的な噴火や火砕流を起こしやすい。
- エ　SiO $_{2}$ の割合が多く温度が低いため粘性が大きく、火山ガスが抜けやすいので、溶岩を静かに流し出すおだやかな噴火になりやすい。

この技能の次に学べること

火山災害と防災（高校地学地震と火山（知識））