溶結凝灰岩

溶結凝灰岩とは

溶結凝灰岩（ようけつぎょうかいがん、welded tuff）は、火山噴火によって放出された高温の火山噴出物が、地表に堆積する際に自らの熱と重量によって一部が溶融し、圧縮されて形成される特殊な凝灰岩の一種です。特に、溶けた岩石が主に軽石で構成されている場合は、イグニンブライト（ignimbrite）とも呼ばれます。また、「熔」の字を用いて「熔結凝灰岩」と表記されることもありますが、意味は同じです。

形成過程

溶結凝灰岩は、カルデラ噴火のような大規模な噴火に伴う火砕流によって形成されます。火砕流は、高温の火山噴出物が火山の周囲に広範囲に堆積する現象であり、この時、堆積物が一定以上の温度を保っていると、成分の一部が溶け始めます。この溶融した物質が、堆積物自身の重さによって圧縮され、内部の気孔が減少することで密度が高まります。この過程は「溶結（welding）」と呼ばれ、溶結によって形成された岩石が溶結凝灰岩です。

溶結にはおおむね600°C以上の高温が必要であり、噴出物が火口から高く噴き上げられると冷却が進み、溶結は起こりにくくなります。ただし、火砕流を伴わない降下軽石層においても、稀に溶結が見られることがあります。

溶結凝灰岩の堆積層は、一般的に上部と下部が冷却によって溶結していない非溶結部、そしてその間に挟まれた溶結部の３層構造をしています。溶結部は、下部ほど圧縮が強く、溶結が進み密度が高くなる傾向があります。堆積物に含まれる比較的大きな軽石は、圧縮されて扁平なレンズ状の黒曜石となり、断面には縞模様が観察されます。また、気孔の減少によって発生したガスが地表へ抜けるためのガスチャネルパイプと呼ばれる噴気孔が、堆積層の上部に形成されることもあります。

堆積物が冷却される過程では、体積が減少するため、地表面に亀甲状の割れ目ができます。この割れ目が地中深くまで及ぶと、柱状節理と呼ばれる柱状の構造が形成されます。溶結凝灰岩の柱状節理は、一般的に直径数10cmから2m程度の多角形柱の集合体として見られます。

研究史

1930年代以前には、溶結凝灰岩は灰石または泥溶岩と呼ばれ、溶岩の一種と考えられていました。しかし、その後の研究によって、火山噴出物の再溶融によって形成されたことが解明され、1950年代頃から溶結凝灰岩と呼ばれるようになりました。

地形

溶結凝灰岩は、その形成過程と特性によって、特有の地形を作り出します。非溶結の火砕流堆積物は浸食されやすいのに対し、強溶結の火砕流堆積物は浸食されにくいため、深い谷や滝など、特徴的な地形を形成することがあります。以下に、日本各地に見られる溶結凝灰岩の地形例を挙げます。

北海道地方

層雲峡（大雪御鉢平火砕流、大雪山、約3.4万年前）
苔の洞門（樽前山、1739年噴火）
樽前ガロー（樽前山、1667年噴火）
社台滝、札幌軟石（支笏火砕流、支笏カルデラ、約4.4万年前）

関東地方

吹割の滝（吹割溶結凝灰岩、約900万年前）

中部地方

中山七里（濃飛流紋岩、約8,000万年前）
佐久石（志賀溶結凝灰岩、荒船山火山由来、約300万年前）

九州地方

深耶馬渓（耶馬渓火砕流、猪牟田カルデラ、約100万年前）
由布川峡谷（由布川火砕流、倉木山、約60万年前）
山都町、矢部四十八滝の一部（Aso-4火砕流、阿蘇カルデラ、約9万年前）
山都町譲原・鷹滝の甌穴群（Aso-4火砕流）
菊池渓谷、蘇陽峡、高千穂峡、沈堕の滝、原尻の滝、下城滝、五老ヶ滝（Aso-4火砕流）
観音滝、曽木の滝（加久藤火砕流、加久藤カルデラ、約33万年前）
赤池渓谷、大鳥峡、関之尾滝、犬飼滝（入戸火砕流、姶良カルデラ、約3万年前）
花瀬（阿多火砕流、阿多カルデラ、約11万年前）

参考文献

横山泉、荒牧重雄、中村一明編 『岩波講座 地球科学7 火山』 岩波書店、1982年。
横山勝三 『シラス学 − 九州南部の巨大火砕流堆積物』 古今書院、2003年、ISBN 4-7722-3035-1。

関連項目

岩石
堆積岩
火山砕屑岩
凝灰岩
岩石の一覧
* 焼結

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