高校地学基礎 マグマと火山—粘性と噴出物から噴火の特徴を説明する｜武蔵野個別指導塾

二酸化ケイ素の割合から粘性とガスの抜け方を考え、溶岩や火山灰を根拠に噴火の特徴を説明します。

よくあるのは、高校生が火山の形だけを見て、その火山の噴火は必ず激しかったと断定する場面です。山の傾斜は手掛かりですが、噴出した物や噴火の記録を合わせて読むと、答えの根拠を具体的に書けます。まず学校の範囲表を見て、授業ノート、ワーク、小テストの火山に関する箇所を確かめましょう。授業で使った用語や資料の示し方に印を付けると、復習する場所を選べます。

形から何を読み取るか

定期テストでは、まずマグマの二酸化ケイ素の割合と粘性の関係を、表や矢印で整理する型があります。割合が高いマグマほど一般に粘性が大きく、流れにくいという関係を使います。逆向きにたどる問いでは、粘性が小さいという条件から、二酸化ケイ素の割合は比較的低いと考えます。「高い」と「大きい」の対応を反対にしないことが出発点です。

次に、溶岩の流れ方や火山灰などの噴出物を資料から読み、噴火の特徴を説明する型があります。粘性が大きいと火山ガスが抜けにくく、爆発的な噴火になりやすいという傾向を、途中を省かず書きます。最後に、火山の分布をプレート境界やホットスポットと関連付ける問いもあります。分布の場所を答えることと、その場所のマグマの性質を答えることは別の作業です。

問いに「資料から」とあれば、一般的な傾向に加えて、資料のどの事実を使ったかを明記します。形だけが示された場合は、推測できる傾向と、噴出物などを調べないと確かめられないことを分けましょう。山の外形は長い間に複数の噴火や侵食などの影響を受けるため、ある1回の噴火の様子を形だけで言い切ることはできません。

地下のマグマから地表の溶岩へ

マグマは地下にある、高温で溶けた岩石を主とする物質です。結晶や火山ガスの成分を含む場合もあります。地表に流れ出たマグマを溶岩と呼びます。したがって、地下で上昇している段階と、地表に出て流れる段階を区別すると、用語を取り違えにくくなります。火山灰や火山れきなどは、噴火によって放出された細かい破片や大きな破片です。

粘性は流れにくさの程度を表します。図1のように、二酸化ケイ素の割合が比較的高いマグマは一般に粘性が大きく、流れにくい傾向があります。反対に割合が比較的低いものは一般に粘性が小さく、流れやすい傾向があります。温度や含まれる成分なども粘性に関係するため、割合だけであらゆるマグマの粘性を厳密に決められるわけではありません。

図1の矢印は一般的な傾向を示し、個々の噴火の結果を保証するものではありません。粘性の小さい溶岩は広く流れ、緩やかな斜面の火山をつくりやすくなります。粘性の大きい溶岩は流れにくく、火口付近に盛り上がった溶岩ドームをつくることがあります。その中間的な性質のマグマによる噴出物が重なって、円すい形に近い成層火山が形成されることもあります。

粘性が大きいマグマでは、溶けていた気体が発泡しても抜けにくく、圧力が高まることで爆発的な噴火につながりやすくなります。粘性が小さい場合はガスが比較的抜けやすく、穏やかな溶岩の流出が起こりやすいと考えます。ただしガスの量なども関わるため、粘性だけを見て噴火の激しさを必ず決めることはできません。観察した事実と、その事実に基づく推論を別々の文にすると、断定しすぎを防げます。

火山はプレートの発散する境界や沈み込む境界の周辺に多く見られます。また、プレート境界から離れた場所にも、地下の高温の物質の上昇に関連するホットスポットの火山があります。境界かどうかという位置の分類は、粘性の大小や一回の噴火の激しさを直接示すものではありません。

基本例題：2つの資料を順につなぐ

次は学習用に作った資料です。火山Aでは、地下のマグマの二酸化ケイ素の割合が火山Bより高いとします。他の条件は比較しやすいように同じとし、一般的な傾向を使います。AとBのどちらがより流れにくいマグマか答え、その理由を「二酸化ケイ素」「粘性」を使って説明してください。さらに、Aのマグマから生じた溶岩が流れにくいとき、火口付近にできやすい地形を答えてください。

図2のように、まず問題文から出発点を拾います。Aの二酸化ケイ素の割合はBより高い、という比較です。割合の絶対値は与えられていないので、何パーセントと推定する必要はありません。

次に、他の条件をそろえたこの比較では、割合が高いAの方が粘性は大きいと判断します。粘性が大きいとは流れにくいことです。したがって、流れにくいマグマはAです。地表に出た後も溶岩が流れにくいという条件から、溶岩が火口付近にたまり、溶岩ドームをつくりやすいと考えます。

答えは「A。二酸化ケイ素の割合がBより高く、粘性が大きいため。地形は溶岩ドーム」です。図2の矢印を反対にたどって確かめると、ドームの手前には流れにくい溶岩、さらにその手前には大きい粘性があります。問題のAの条件と矛盾しません。ただし、Aの火山が常に同じ形であるという結論までは、この条件から出せません。

計算の式がない問題でも、判断のつながりを1段ずつ書くことが途中式の役割を果たします。「割合が高いからドーム」と省くと、粘性と流れ方のどこを理解しているか答案から読み取れません。問われた語を含め、比較する相手も書くと、説明の方向がはっきりします。

少し難しい例題：見えた事実と推測の境目

学習用の火山Cについて、ある時期の噴出物を調べると、火口付近に厚く重なった溶岩と、その周辺に広がる火山灰が見つかりました。一方、山の斜面は場所によって緩やかです。溶岩がその時期に火口付近で流れにくかったことと、火山灰を放出する噴火があったことは資料で確かめられたとします。この資料から言えることを、「粘性」「火山灰」を使って説明してください。また、山の形だけで過去の噴火がすべて穏やかだったと判断してよいか、理由を添えて答えてください。

まず厚く重なった溶岩という観察と、流れにくかったという問題の条件を確認します。その時期の溶岩は粘性が比較的大きかったと考えられます。次に、火山灰があるという観察は、その時期に火山灰を放出する噴火があったことを示します。これらは同じ資料に含まれていても、別々の根拠です。

答えの例は「その時期の溶岩は流れにくかったので粘性が比較的大きかったと考えられ、火山灰を放出する噴火もあった。形だけで過去の噴火がすべて穏やかだったとは判断できない。火山灰の存在があり、形は複数の噴火などの影響を受けるから」です。火山灰があることだけから噴火の強さを厳密に決めるのではなく、与えられた観察とそこから言える範囲にとどめます。

分かれ目は、斜面が緩やかという現在の形を、過去の各噴火の直接の記録とみなすかどうかです。緩やかな斜面から流れやすい溶岩が関わった可能性は考えられますが、ほかの資料と合わせて確かめる必要があります。火山灰の分布や溶岩の重なりを調べると、形だけでは見えない出来事を検討できます。

誤答をほどく：矢印を飛ばさない

誤答の例は「二酸化ケイ素が多いと溶岩はよく流れるので、必ず穏やかに噴火する」です。ここには、割合と粘性の関係を逆にした誤りと、噴火の様子を必ずと断定した誤りがあります。図3のように、割合から粘性、流れ方、ガスの抜けやすさの順に戻って点検します。

二酸化ケイ素の割合が高いマグマは一般に粘性が大きく、流れにくい傾向があります。ガスも抜けにくく、爆発的な噴火になりやすいと直します。図3では「傾向」と示しています。ガスの量などの条件を省いたまま「必ず爆発する」と直しても、断定という別の誤りが残ります。

別の誤答は「地表を流れるマグマは地下にあるので溶岩ではない」です。地表に出て流れるものを溶岩と呼ぶので、位置を取り違えています。地下か地表かを図に書き入れてから語を選びましょう。火山灰についても、流れた溶岩と同じ形で放出されたと決めつけず、噴出した破片という観察に戻ります。

資料に必要な条件がない場合は、答えを無理に一つに決めないことも重要です。形だけで噴出物の種類や過去の各噴火を決めようとして詰まったら、何が示されていて何が不足しているかを列挙します。問いが一般的傾向を求めるのか、個別の火山について確実に言える事実を求めるのかも読み直しましょう。

資料の組合せで確かめる

火山の断面図には、地下のマグマだまり、火道、火口、地表に流れた溶岩が描かれることがあります。火道はマグマが上昇する通り道です。図に矢印があるときは、地下から地表への向きを確認してから名称を書き込みます。火口の位置だけでなく、物質が今どこにあるかを読み取ると、マグマと溶岩の区別を説明できます。

噴出物の資料が複数ある場合は、まずそれぞれに「観察できたこと」を書きます。例えば、溶岩が広く分布することと、火山灰が見つかったことは、同じ文章にまとめる前に分けておきます。次に、その観察がどの時期のものかを確認します。時期が違う資料を一回の噴火の記録として扱うと、存在しなかった組合せを作ってしまうからです。

資料に噴出の順番が示されていなければ、順番を勝手に決めずに答えます。溶岩が流れた後に火山灰が出たと考えたくなっても、その順番を支える情報がなければ言い切れません。逆に、問題に順序が明示されていれば、順に沿って各段階の噴出物と特徴を整理します。条件が足りないと判断することも、資料を読むための大切な答えです。

比較問題では、何をそろえたかに印を付けます。二酸化ケイ素の割合だけが異なり、他の条件を同じとする問題なら、一般的な関係を使って粘性を比べられます。一方、温度やガスの量なども異なる資料では、割合の差だけで噴火の結果まで確定しません。条件をそろえて得た傾向と、実際の火山について追加で確かめる事柄を区別しましょう。

自分で確かめる4問

次の資料は練習用に作ったものです。各問の条件をその問の中で使い、答えは指定された語を含む文で書いてください。

1. マグマDはマグマEより二酸化ケイ素の割合が低く、他の条件は同じとします。DとEのどちらが一般に流れやすいか。「粘性」を使って理由を述べてください。
2. ある火山では、地表に流れ出た溶けた岩石が広い範囲に広がりました。地表に出た物質の名称を答え、「流れやすい」を使ってその性質を述べてください。
3. ある火山の山頂付近には溶岩が盛り上がり、別の場所では火山灰が見つかりました。山の形だけで過去の噴火のすべてが爆発的だったと言えるか。「噴出物」を使って理由を述べてください。
4. プレート境界から離れた海洋プレート上に火山が並ぶ資料があります。その形成と関係しうる場所の名称を答え、「境界」を使って位置の特徴を述べてください。

解答と道筋

1. Dです。DはEより二酸化ケイ素の割合が低く、他の条件が同じなので、一般に粘性が小さく流れやすいからです。答えを条件に戻すと、EはDより割合が高く、一般に粘性が大きくなります。比較の向きは問題文と一致します。割合そのものの数値は与えられていません。
2. 溶岩です。広い範囲に広がったことから、この溶岩は流れやすい性質だったと考えられます。地表に出る前の地下の物質はマグマと呼びます。広がり方は性質を考える根拠ですが、それだけで二酸化ケイ素の割合の具体的な値は求められません。
3. 言えません。形だけでは各噴火の様子を確定できず、火山灰などの噴出物も調べて出来事を考える必要があるからです。火山灰が見つかったという事実も、すべての噴火が同じ様式だったことまでは示しません。盛り上がりと火山灰を、それぞれ別の手掛かりとして扱います。
4. ホットスポットです。プレート境界から離れた場所でも、ホットスポットに関連して火山が形成されることがあります。問題の位置に答えを戻すと、境界から離れているという条件に合います。ただし、境界から離れた火山を見ただけで形成原因を確定せず、ほかの証拠も合わせて考えます。

覚えておくこと

二酸化ケイ素の割合が高いマグマは一般に粘性が大きい傾向があります。 地下のマグマが地表へ流れ出たものが溶岩です。 粘性とガスの抜け方をつなぎ、噴火の特徴を考えます。 形に加え、溶岩や火山灰などの資料を確かめます。 火山の位置はプレート境界やホットスポットと関連付けます。

答案のどこで止まったかを見る

割合と粘性の矢印が逆なら、まず2つのマグマを比べ、他の条件をそろえた上で大小を口に出して確かめます。粘性までは正しくても噴火の説明が飛ぶ場合は、ガスが抜けやすいかどうかを間に書き足します。形から断定している場合は、答案中に実際の観察と推測を別の印で示し、追加で必要な噴出物の情報を探します。

個別指導で確かめるときは、正答の語を覚えているかに加え、生徒が図の矢印をどちら向きに読んだか、資料のどの部分を根拠に選んだかを見ます。資料にない条件を補ってしまった場合は、与えられた条件に戻り、言える範囲を書き直します。火山の形と噴出物を結ぶ根拠が見えれば、マグマと火山の説明は一段ずつ組み立てられます。