火山噴火の気泡核生成、圧力低下に加え剪断力が誘発要因であるとの新知見

長年にわたり、火山噴火を引き起こすマグマ内の気泡形成は、マグマが上昇する際の環境圧力の低下のみによって生じるとの科学的定説が存在していた。しかし、2025年に発表された国際的な研究チームによる重要な研究は、この認識が単純すぎたことを示唆している。

このチームには、スイスのETH Zurich（スイス連邦工科大学チューリッヒ校）の専門家らが参加しており、環境圧力に大きな変化がない状況下でも、ガスを飽和させたマグマが移動・変形する単純な作用によって気泡の核生成が誘発される、より複雑な現実を明らかにした。この発見は、火山性噴火のメカニズムを理解する上で新たな視点を提供するものである。研究の核心は、火山性噴火道の内部でマグマが差動的に移動する際に発生する剪断力、特に摩擦が最大となる火道壁付近で生じる機械的な応力に焦点を当てた点にある。研究者たちは、二酸化炭素（CO2）を飽和させた加圧溶融ポリマーを用いて類推実験系を構築し、制御された剪断力を加えた際に、高い機械的応力がかかる領域で自発的な気泡生成が観察されることを確認した。

この新たな核生成メカニズムは「剪断誘発核生成」と名付けられ、従来の減圧プロセスを補完するものとして位置づけられる。このメカニズムの重要な側面として、溶解しているガスの濃度が高くなるほど、気泡生成を開始するために必要な臨界剪断応力が低下するという関係性が示された。この知見は、火山学、特に粘性が高く揮発性成分に富むマグマが、激しい爆発ではなく、穏やかな溶岩流を伴う流出型の噴火を時折引き起こす理由を説明する上で極めて重要である。剪断力による初期の気泡形成は、マグマが臨界的な減圧ゾーンに到達する前にガスを段階的に放出することを可能にし、結果として噴火の挙動を軟化させる効果を持つと考えられる。

さらに、このメカニズムは、剪断誘発核生成が無視できないほど重要である場合、マグマの上昇速度に基づいて気泡のテクスチャから推定されてきた過去の地質記録の従来の解釈に疑問を投げかけるものであり、上昇速度の過大評価の可能性を示唆している。ETH ZurichのOlivier Bachmann氏らの貢献も受け、Olivier Roche氏が主導したこの研究は、火道内の剪断効果を火山ハザード予測モデルに組み込む必要性を強調している。天然のマグマは使用されていないものの、揮発性成分を大量に含むシステム、特に粘性の高いマグマ系においては、このメカニズムが地質学的に関連性が高いと推定されている。

粘性の高いマグマ、例えば流紋岩質マグマは、しばしば溶岩ドームを形成し、その流動挙動は粘性の低い玄武岩質マグマとは大きく異なることが知られている。粘性とは物質の流れにくさの指標であり、水の粘性が0.01ポアズ（20℃）であるのに対し、粘性の高い物質は1000万ポアズを超える場合もある。この剪断誘発核生成の発見は、火山活動のダイナミクスを理解する上で、圧力変化以外の物理的要因の重要性を再認識させるものであり、今後の火山防災戦略の精緻化に寄与することが期待される。この研究は、従来の減圧モデルでは数桁過大に見積もられていた気泡数を、より現実に即したものへと修正する可能性を秘めている。