ジュニア防災教室 － 自然災害をまなぶ
Ⅳ 火山噴火災害
35. マグマの種類が噴火の様式を決める
マグマ（ガスや熱も含む）が地表に噴出するのが火山噴火です．これが起こる様式は，爆発的な噴火と，溶岩（マグマ）が溢れ出すという爆発的でない噴火とに大きく分けられます．溶岩溢れ出し噴火では，噴出し流動する灼熱の溶岩が噴煙に隠されることなく直接に見えるので，見かけはすさまじいものの，被害の大きさからみれば穏やかな噴火です．
これに対し爆発的噴火では，大量の熱エネルギーと火砕物や溶岩がいっきに放出されて，噴石・火砕流・山体崩壊・爆風などさまざまな種類の災害事象が生じ，大きな被害をもたらします．火砕物とは火山灰・軽石・火山弾などマグマが大小に粉砕された物質の総称です．噴火が爆発的になるか否かは，粘性やガス成分（大部分がH2O）の含有量など，マグマの性質によってほぼ決まります．
マグマは二酸化珪素（SiO2）含有量によって，大きく苦鉄質（玄武岩質）と珪長質とに分類されます．苦鉄質マグマはSiO2の含有量が少なく（30～40％），1200℃ほどの高温であり，粘性率が小さくて流動性に富み，比較的黒っぽい色をしています．これが噴出して固まった岩石が玄武岩です．鉄・マグネシウムが多くて，密度はやや大です．なおSiO2単独の鉱物は石英や水晶です．
珪長質マグマは，SiO2を多く含み（60～70％），900℃ほどのやや低温であり，粘性は大で苦鉄質マグマよりもはるかに大きな粘性率を示し，白色鉱物が多いので白っぽい色をしています．これが噴出して固まった岩石は流紋岩です．地下深くでゆっくり固まると花崗岩になり，大陸地殻の大部分を構成しています．安山岩はSiO2含有量が50％程度で，中間的な性質を示します．日本の火山の70％は安山岩です．SiO2 はH2Oと結合して珪酸となっているので，珪長質マグマはH2Oを多く含みガス圧力を増大させます．珪酸は結合して糸のようになり網状の構造をつくるので，粘性を大きくします．このような理由で珪長質マグマを噴出する火山は爆発的な噴火を起こすことが多いのです．
爆発的な噴火には，マグマが火山体中の地下水や海水を熱して急速に気化させることによって起こる水蒸気爆発あるいはマグマ水蒸気爆発があります．水蒸気爆発は火山体をつくっている岩石だけが粉砕され飛び散る場合，マグマ水蒸気爆発はマグマ自体も粉砕される場合です．これらの噴火は玄武岩質マグマの火山でも起こります．
地球上で火山が分布する地域は，プレートの生産境界，沈み込み境界およびホットスポットです．生産境界とホットスポットでは苦鉄質マグマが大量に溢れ出し，大型火山がつくられます．沈み込み境界（海溝があるのが特徴）では，大陸地殻（花崗岩質）の下への大量の水を含む海洋プレートの沈み込みにともなって珪長質マグマが形成されます．マグマは沈み込み深さが100～150kmに達したところで生産され，浮力により上昇して地表に火山をつくります．この結果として，火山は海溝にほぼ平行して出現し，火山列が出現します．
火山は火砕物や溶岩が運搬され堆積してできた地形です．運搬は噴火の力によりおこなわれるので，噴火の様式したがってマグマの性質が，火山の地形や内部構造をほぼ決めています．
玄武岩質マグマの火山は溶岩溢れ出し噴火をおこない，低粘性の溶岩流は広く遠くまで拡がってなだらかな盾状火山をつくります．ハワイ島の火山がその典型です．大量の溶岩が長い割れ目状の火口から溢れ出すと，広大な玄武岩台地が形成されます．
爆発的噴火では，噴き上げられた火砕物が火口近くほどより多く降下し堆積する結果として，円錐状の火山がつくられます．安山岩質マグマの場合，火砕物噴出と溶岩流出とが生じ，これが非常に多数回繰り返されると成層火山が形成されます．粘性率の非常に大きい流紋岩質の場合でも，ガスがマグマから抜け出てしまうと，溶岩はほぼ固った状態で押しあがり，ドーム状の溶岩円頂丘がつくられます．大規模な火砕流が生じると，それが噴出したあとには大きなカルデラが出現し，火山の周囲には火砕流台地が広がります．
地下深くから上昇してきたマグマは，地表から2～10kmほどのところでいったん停止してマグマ溜りをつくります．マグマがここからさらに上昇して地表近くまでくると，冷却と圧力低下により結晶がしだいに成長して固体部分が増加します．残りの液体状の部分ではガス成分が多くなり，その泡立ち（気化）によってマグマ上部のガス圧が増大します．ガスの大部分は水蒸気で，これを多く含むマグマはガス圧が高くなります．高粘性であるとガスは容易には外へ逃げ出せません．したがって珪長質マグマではガスの圧力が高くなります．
マグマが火口近くに達してガスの気化が激しくなり体積を急激に膨張させると，マグマ片とガスの混合物は火口から激しく噴出します．これにより火砕物が多量に放出され，また，山体の一部も破砕され，激しい噴火となります．ガス成分が多くてもその脱出・分離（脱ガス）が効率的に進めば爆発には至らず，ガスは噴煙として噴出し，固体成分はほぼ固まった状態で押し上がって溶岩ドームを形成します．
火山噴火は降灰，噴石，溶岩流，火砕流，泥流，山体崩壊，爆風，津波，有毒ガス放出など，さまざまな種類の災害事象をひき起こします．溶岩溢れ出し型の噴火では主な事象はもちろん溶岩流ですが，同時に噴煙も吹き上げて降灰（火山灰の降下・堆積）をもたらします．爆発的噴火ではこれらのすべての災害事象が起こります．
火口から立ち昇る噴煙は，高温の空気と火山ガスに比較的細かい火砕物が混じったものです．火山灰の噴出はほぼすべての様式の噴火で生じます．噴煙の上昇は，まず火口における火山ガスの急膨張によるジェット推進によりおこなわれます．ついで周りの大気よりも高温であることによる大きな浮力により上昇します．この上昇力が大きいと噴煙は高く成層圏内にまで到達します．日本のような偏西風地帯では，降灰域は火口から東に向かって細長く伸びます．
火山灰の降下・堆積は，農作物倒伏・交通障害・健康障害・水質汚濁などの被害や障害を広範囲にもたらします．噴火の後に雨が降ると，火山灰は湿って重くなり粘りを増すので，植物は呼吸を妨げられ枯死したり倒れたりします．火山麓における大量で高温の火山灰・火山礫の堆積は，家屋の埋没・倒壊・焼失をひき起こします．
上空に放出された溶岩片が回転しながら落下して弾丸状になったものを火山弾と言います．火口を埋めていた岩石が噴火によって吹き飛ばされ，岩塊として落下してきたものを噴石と呼びます．火山弾や噴石の落下は火口から3～4km以内，ほぼ山地内に限られます．
溶岩流の流れる速度は粘性率が大きいほど遅いので，日本に多い安山岩質の溶岩では時速100m以下です．このようにゆっくりと動く間に冷えて固まっていくので，山頂火口からの溶岩流が山麓にまで達することはほとんどありません．
富士山は現在のところ粘性の小さい玄武岩質マグマを噴出するので，溶岩流はかなりの長距離を流れ下ります．大島・三宅島など伊豆諸島の火山も玄武岩質の溶岩を噴出します．1983年の三宅島噴火による溶岩流は，平均時速1.7kmで流れて海岸にまで達しました．ハワイなどの火山から噴出する大量の低粘性溶岩は，急傾斜の山腹において時速30～40kmにもなりますが，勾配が緩やかな山麓では遅くなり，人が逃げ切れないということにはなりません．
火口から放出される気体の大部分は水蒸気ですが，二酸化炭素，二酸化硫黄，硫化水素など有害ガスも含まれます．これらの多くは大気よりも重いので谷底など低いところに溜まって人命を奪うことがあります．2000年から始まった三宅島・雄山の噴火では，世界でも類をみないほど大量の二酸化硫黄ガスの噴出が続いたため，全島民が長期間の島外避難を余儀なくされました．
高温の火山ガスと多量の火山灰・軽石などの火砕物とが一体となって流動状態になり高速度で運動するのが火砕流です．本体部の温度は500℃以上で，噴煙を高く噴き上げながら秒速100m近くの高速度で，周りに高温熱風をともなって突進してくるので，非常に危険な噴火事象です．20世紀における死者1000人以上の火山災害11件中の8件は火砕流によるものでした．
火砕流には大きく分けて，噴煙柱崩壊型と溶岩崩落型とがあります（図17）．噴煙柱崩壊型の火砕流は，火口からいったん噴き上がった多量の火砕物とガスの混合物が，いわば推力不足で失速したような状態になり落下して，厚みのある高速・高温の流れとなり火口周辺に拡がるものです．大規模なものでは高い尾根も乗り越え火山周辺を埋めつくし，火山から100km以上も離れたところにまで到達します．噴出した大量の火砕物は火砕流台地をつくり，それが抜け出たあとは陥没してカルデラになります．
溶岩崩落型の火砕流は，急斜面上に噴出してきた溶岩のドームが崩壊し，溶岩塊が斜面を転落していく間にさらに細かく砕かれて，内部から高温ガスが噴出し，溶岩片や火山灰が一体になって流動化するものです．これは規模が小さく，その運動は地形に支配されやすく．主として谷間を流下します．ただし高温熱風の危険は谷壁斜面の高くにまで及びます．1991～1994年に約1万回起こった雲仙岳の火砕流はこのタイプです．
約7000年前，九州の薩摩半島南方50kmの鬼界カルデラが巨大火砕流噴火を起こし，その到達距離は100kmに達しました．急速水冷により溶岩片は粉砕されて細粒の火山灰か大量につくられ，これが広範囲に降下・堆積しました．このため西日本の縄文文化に断絶が生じた可能性が指摘されているほどです．南九州のシラス台地をつくった姶良カルデラの噴火は2.2万年前で，このときの火山灰の堆積厚さは東北北部でも5cmに及んでいます．7万年前の阿蘇カルデラの火砕流は180km離れた山口県にまで到達し，火山灰は北海道でも10cm以上積りました．
巨大火砕流は日本において1～2万年に1度ぐらいの頻度で起こっています．もしこのような噴火が起これば，たとえば九州全域が壊滅するといったような破滅的な災害がひき起こされる可能性があります．大規模火砕流の発生を十分な時間的余裕をもって予知することは現在のところ不可能です．
巨大規模の噴火はすべて火砕流噴火です．史上最大の噴火は1815年のインドネシア・タンボラ火山の火砕流噴火で，噴出物の総量は150km3という巨大規模でした．多量の降灰により農作物が壊滅したために8万人の餓死者がでました．火砕流の直接の死者は1.2万人でした．アメリカのイエローストーンは，64万年前に噴出物量1000km3という超巨大噴火を起こしました．ここでは130万年前，200万年前と，ほぼ70万年間隔で超巨大噴火が起こっているので，やがてそれが起こる恐れがあるとされています．超巨大噴火による被害は，小惑星の衝突につぐ規模になると予想されます．
火砕物が流動状態になる現象には他に火山泥流があります．噴出した高温の火山灰が，融雪水や火口湖の水と一体になり，土石流のような流れとなって流下するのが，噴火にともなって発生する火山泥流です．山腹に堆積した火山灰が，噴火後における強雨の流出水に取り込まれ一体となり流動化するという2次的な火山泥流もあります．これは噴火が起こるとしばらくの間は頻繁に発生します．名前は泥流ですが一般の土石流と同じ現象で，大きな火山岩塊も流れます．細かい火山灰を多く含むのでひじょうに流動的で，時速数10kmという高速度で流れ，遠方にまで到達します．その運動は地形によってほぼ決められ，谷底を流下し勾配のゆるやかな山麓に拡がって堆積します．火砕流とは対照的に，泥流危険域は地形によりほぼ限定できます．
噴出物を積み重ねている火山は不安定です．とくに，溶岩と火砕物が山の傾斜方向に幾重にも層をなして重なる急峻な富士山型の成層火山は，ひじょうに不安定な内部構造をもっています．火山内部が高温の温泉水により変質してもろくなっていることもあります．この不安定な山体は噴火や地震により大崩壊を起こして山体上部は吹き飛び，あとには馬蹄形カルデラとよばれる巨大な崩壊跡地が出現します．崩壊により圧力が除去されると，山体中の高温熱水は急速気化して爆発し，爆風が発生します．生産された大量の崩壊物質は，巨大土石流である岩屑なだれとなって高速で流れ下り山麓を埋め，河をせき止めて湖をつくります．海へ流入すると津波が発生します．これらは短時間に相次いで起こる一連の現象で，大きな被害をひき起こします．
1888年の磐梯山北面の大崩壊は，水蒸気爆発により誘発されたもので，山頂部は640m低下し，北に開口する幅2kmの馬蹄形カルデラが出現しました．1.2km3の崩壊土砂は10km流下して北麓を埋め，多数の湖や池沼をつくりました．1980年にアメリカのセントヘレンズ火山は，溶岩ドームの上昇による山体の変形・急峻化により山体崩壊が生じ，引き続いて大噴火が起こって，多量の降灰，火砕流，泥流が発生しました．爆風は時速300km以上の高速で突進し，600km2の樹林をなぎ倒しました．
山体崩壊は数十万年に及ぶ大型火山の一生の中では何度も起こる普通の現象です．これが起きやすいのは富士山のような大型成層火山です．富士山は約2400年前に大崩壊し，山頂部に直径3kmほどの馬蹄形カルデラをつくったのですが，その後の噴火活動により完全に埋められています．富士山の形は北西～南東方向に長い楕円形で，南西面と北東面とが急傾斜になり，大沢・吉田大沢の2つの大きな谷がこの方向に発達しています．したがって崩壊は南西面か北東面で起きやすいと考えられます．
土砂量が立方kmの単位で示されるような巨大規模の岩屑なだれは非常に長距離を流れくだります．セントヘレンズの岩屑なだれは岩屑量2.4 km3で，秒速150mの高速で28km流下しました．約2400年前の富士山の岩屑なだれは御殿場など東麓一帯を覆い，40kmほど離れた相模湾や駿河湾にまで到達しました．
岩屑なだれが堆積した表面には，流れ山とよばれる非常に多数の小丘がつくられるのが特徴です．これは大小さまざまな大きさに破壊された山体の破片を中身としています．その大きさは裏磐梯では高さが10～40m程度，底面の長径が50～200m程度です．岩屑なだれが海に流れ込み，あるいは川をせき止めて湖をつくると，流れ山が多数の小島となって水面に浮かぶ観光の地となります．磐梯山北面の裏磐梯湖沼群，北海道駒ケ岳の南麓の大沼・小沼，雲仙岳・眉山西方の有明海・九十九島などがこのようなところです．カルデラはその後の噴出物により埋められていることが多いのに対し，山麓の流れ山や堆積層は長期間にわたり残り，巨大崩壊の記録をとどめています．
大規模な岩屑なだれが海に突入すると，海水が大きく振動して津波が発生します．1792年の雲仙岳・眉山の崩壊では，0.3km3の土砂が有明海に突入し，津波の到達高は対岸の熊本平野で最大23mに達しました．これによる死者は1.5万人で，日本における最大の火山災害です．海底火山や火山島の噴火によっても津波はひき起こされます．1883年にインドネシア・クラカタウ火山が史上第5位の規模の大噴火を起こし，最大波高35mの津波が発生して，3.6万人が犠牲になりました．
気象庁は，過去およそ1万年以内に噴火した火山および現在活発な噴気活動のある火山110を活火山とし，これらを最近100年間と過去1万年間の火山活動により，A，B，Cの3ランクに分類しています（海底火山12と北方領土の火山11はランク分けの対象外）（図18）．Aランクは活動度がとくに高い活火山で，十勝岳，樽前山，有珠山，北海道駒ケ岳，浅間山，伊豆大島，三宅島，伊豆鳥島，阿蘇山，雲仙岳，桜島，薩摩硫黄島，諏訪瀬島の13火山です．次いで活動度の高いBランクは，富士山，箱根山，磐梯山，鳥海山，霧島山など総数36です．これを地域別にみると，北海道6，東北11，関東・中部9，伊豆・小笠原3，九州3，南西諸島3です．Cランクは活動度がともに低い活火山で，大雪山，八甲田山，赤城山，白山，開聞岳など総数36です．近畿と四国には活火山はありません．中国にはCランクだけが2あります．なおこのランクは，過去の火山活動度にもとづいた分類であり，現在の噴火の切迫性を示すものではありません．
木曽・御岳山は2万年もの間活動を休止していたのですが，1979年突然に水蒸気爆発を起こしました．史上最大規模の噴火は1815年のインドネシア・タンボラ火山の噴火ですが，この火山ではそれ以前の噴火は知られていませんでした．このように活火山でないと言い切るのは容易ではありません．
現在活発に活動し，また噴火の記録の多い火山は，危険な火山としてまずあげられます．桜島は世界でも最も活動的な火山で，頻繁に噴煙を高く噴き上げています．噴火の記録がもっとも多いのは浅間山と阿蘇山です．桜島と浅間山では噴石の危険が常時あるので入山規制がおこなわれています．阿蘇山・中岳の553年の噴火は日本で最古の噴火記録です．噴火の記録がついで多いのは霧島山，伊豆大島，三宅島，有珠山などです．三宅島と有珠山はかなり等しい時間間隔で大きな噴火をくりかえしています．
最大の被害をもたらしもっとも恐れられるのは火砕流です．火砕流発生の危険性は多くの火山で指摘されますが，過去の災害履歴や現在の活動度から，十勝岳，北海道駒ケ岳，有珠山，浅間山，雲仙岳，霧島山，桜島などがとくに危険が大きいと判断されます．北海道駒ケ岳は1640年に，浅間山は1783年に，雲仙岳は1991年に大きな火砕流災害を起こしました．南九州のシラスのような火砕流台地を火山周辺に広げている大カルデラは，巨大火砕流がかつて起こったことを明らかに示します．
山体崩壊による岩屑なだれと津波は，頻度は小さいものの多くの人命被害をもたらしています．日本には山体崩壊を起こしやすい大型成層火山が数多くあります．日本の火山の山麓には，30ほどの岩屑なだれ堆積層がみられ，そのうちの4例は最近400年間に起こっています．これらは北海道駒ケ岳1640年，渡島大島1741年，雲仙岳・眉山1792年，磐梯山1888年です．海岸近くや島にあるため噴火津波を起こす可能性の大きい火山には，北海道駒ケ岳，渡島大島，雲仙岳，桜島などがあります．富士山の山体規模はとくに大きいので，山体崩壊と岩屑なだれの規模は巨大になるおそれがあります．
日本上空では偏西風が吹いているので，噴き上げられた火山灰は火山の東方に細長く伸びる範囲に堆積し，いろいろな混乱・障害をひき起こします．九州の火山でも噴火が大規模であれば，本州全域が大きな影響をうけます．富士山の噴火は首都圏に大きな降灰被害をもたらし，また東西の交通動脈に大きな障害を与えるでしょう．火山がない府県にも火山の災害は及びます．
1500年以降に生じた死者1000人以上の噴火災害の回数は，インドネシアが13回ときわだって多く，ついでフィリピン・日本・イタリア・西インド諸島が各3回，コロンビア・パプアニューギニアが各2回などです．これらはすべて爆発的噴火をおこなう沈み込みプレート境界にあり，イタリア以外は環太平洋火山帯とその接続域の国々です．
噴火予知は，マグマ溜まりへのマグマの集中とそこからの上昇にともなって生じる異常現象をとらえることでおこなわれます．この現象には，地震，火山性微動，火山体の変形，電磁気現象，熱異常，噴煙量の変化などがあります．火山性地震はマグマが岩盤を破壊して入り込むことによって起こります．この震源が浅くなると噴火が近いと推定され，それが集中するところが噴火地点を示します．火山性微動は地震よりも長く続く連続的な振動で，マグマ溜りの圧力増大やマグマの移動などにより発生します．マグマが上昇してくると，山体の隆起，傾斜増大，地割れなどが生じます．地形変化の著しいところは噴火の起こる可能性の高い地点です．
このようにマグマの活動とこれら前兆現象との因果関係は明確です．しかし，いつ噴火するかが予測できたとしても，その後も再び大きな噴火があるのかないのか，どのように推移しいつ終わるかについての予測はできません．警戒情報が出されても噴火に至らないのはしばしばです．噴火活動は数日で終わることもあれば，数年続くこともあります．容易に終息宣言が出せないので，長期間の避難・立入り禁止・道路閉鎖などが余儀なくされ，地域の社会経済活動に大きな影響を与えます．火山の観光地ではこれはとくに深刻な問題になります．
噴火は火口というほぼ確定できる地点で起こるので，噴火の規模や様式を与えれば，火山体の地形をもとにして，その噴火により起こるいろいろな災害事象の発生がどの範囲に及ぶかを示すことができます．一つの火山は数段階の発達ステージを経て数十万年ほど活動を続けます．各ステージにおける数千年ぐらいの短期間をとれば，マグマの性質はほとんど変わらず同じような噴火を続けるという性質があります．したがって，過去の噴火や発達ステージなどを調べて，予想される噴火の様式・規模・地点などを決めることができます．過去の大きな噴火と同じ噴火が生じた場合，という想定はよくおこなわれます．この予想される噴火が生じた場合，降灰，噴石，火砕流，泥流，溶岩流などがどの範囲に及ぶかを，それらの運動機構と地形条件とから推定して図に示したのがハザードマップです．
史上最大の火山泥流災害をひき起こした1985年のコロンビア・ネバドデルルイス火山噴火の直前にハザードマップが急いで作成されました．泥流によって壊滅し死者2.1万人を出したアルメロの街はこのマップで危険域と明示されていましたが,大被害を防ぐことはできませんでした．ハザードマップという1次情報を被害軽減にまで結びつけるには，住民に適切な防災対応行動をおこなわせるいろいろな対策が欠かせません．
危険域予測の精度は災害事象によって異なります．大規模な火砕流の危険域は火口からある半径の円内というように，きわめて大まかに推定せざるを得ません．これに対し泥流は，その運動が地形により決められるので，火山山麓の谷地形に基づいて，危険域を精度よく限ることができます．火山の谷は山頂から放射状に伸びるので，泥流や火砕流が一つ隣の谷に流入すれば，山麓では大きく離れたところに到達します．
ハザードマップを利用する場合，それがある仮想噴火にもとづいていること，災害事象によってその精度が異なること，噴火が大規模になれば危険域は限定しがたくなること，したがって安全域を保証するものでないこと，などを理解している必要があります．
火山噴火災害の特徴の一つは，その発生が比較的に少数の活動的火山に明確に限られることです．しかし一方，噴火規模が巨大になり危険域が広範囲になるという可能性があります．火山噴火は大量の熱エネルギーによる火山内部からの激しい変動です．構造物などによるハードな方法での抵抗は基本的には無意味です．したがって火山からできるかぎり離れるという敬遠方策が基本の対応策にならざるを得ないでしょう．