フンガ火山の地下に「2つのマグマ」を発見 — 爆発的噴火のメカニズムと「大陸誕生」の謎の解明に寄与 —

1. 発表のポイント

• 2022年に未曾有の巨大噴火を起こした、南太平洋のトンガ弧・フンガ火山は、日本の西之島と地質環境が類似していることが従前より理解されていた。このことから、西之島の調査において提唱されてきた、大陸の誕生の鍵となる「地殻の薄い海洋島弧^※1から大陸の原料となる安山岩が直接作られる」という地質学的モデル（西之島モデル）を検証するにあたり、重要な調査対象であった。

• フンガ火山では、2022年の噴火以前、陸上調査が実施されてきたが、本研究において、Earth Science New Zealandの調査船を用いて、2022年噴火後に海底から火山本体の岩石サンプルを初めて採取することに成功した。これら岩石サンプルの解析の結果、地下の異なる深さのマントルから「玄武岩^※2」と「マグネシアン安山岩^※3」という2つの初生マグマ^※4が独立して発生していることを解明した。

• この解析結果は、異なるルーツを持つ初生マグマが地下で混ざり合うことで巨大噴火を引き起こした可能性を示し、火山噴火のメカニズムの解明に寄与するものである。また同時に、これまで西之島の調査を踏まえて考えられてきた「大陸誕生」の地質学的モデルが地域的に固有なものではなく、普遍的なものである可能性を示唆するものと考えられる。

図1　西之島（左）とフンガ火山（右）の海底地形の比較
山体の規模や周辺の海丘の存在など、非常に似通っている（左図はTamura et al. (2019)より）。右図に書かれた英数字は本研究で岩石サンプルが採取された箇所

2. 概要

国立研究開発法人海洋研究開発機構（理事長 河村 知彦、以下「JAMSTEC」という。）地震火山研究部門の田村 芳彦 上席研究員らは、ニュージーランド地球科学研究所（Earth Sciences New Zealand）、産業技術総合研究所との国際共同研究チームにより、2022年1月に地球規模の衝撃波を伴う大噴火を起こした南太平洋トンガ弧の海底火山「フンガトンガ・フンガハアパイ火山（Hunga Tonga-Hunga Ha'apai、以下「フンガ火山」という。）」において船舶を用いた調査を実施し、フンガ火山のマグマシステム（マグマの発生メカニズム）を岩石学的に詳細に解析しました。

フンガ火山の海底山腹部においてサンプル採取を行ったところ、これまで見つかっていなかった「玄武岩溶岩」および「マグネシアン安山岩溶岩」を初めて採取しました。これらの岩石サンプルの詳細な解析により、本研究チームは以下の2つの重大な科学的解明に到りました。

火山学的な観点として、採取した岩石の初生マグマに戻す計算から、マントルの異なる深さ（圧力）で2つの「初生マグマ（玄武岩質および安山岩質）」が独立して存在していることを突き止めました。そして、この異なる深さに存在する2つのマグマが地下浅部で急激に混合したことが、2022年のフンガ火山における未曾有の爆発的噴火を引き起こした直接の要因（エンジン）であった可能性を指摘しました。同様のマグマ混合による爆発化は近年の西之島（2020年噴火）でも確認されており(Tamura et al., 2023)、海底火山の噴火予測や防災監視において極めて重要な知見となります。

一方、地質学的には「大陸誕生」についての新たな示唆を得ました。従来は「初生玄武岩マグマからできた岩石が再溶融して安山岩（大陸の芽）になる」というプロセスが一般的と考えられていました。これに対し、「薄い地殻のもとでは、マントルから直接安山岩マグマが発生し、それが集積して大陸へと成長する」という新たな地球進化説が「西之島モデル^※5」です。今回、西之島から遠く離れた南太平洋のフンガ火山でも、初生安山岩マグマが発見されたことから、西之島と全く同じプロセスが生じたと考えられ、本モデルが西之島特有の現象ではなく、地球規模で普遍的な「大陸誕生のメカニズム」と言える可能性があります。

本成果は、Nature Publishing Groupの英国科学誌「Scientific Reports」に2026年6月18日付け（日本時間）で受理され、7月31日に掲載されました。（なお、本研究の一部はJSPS科研費[21H01195・23K20899]および環境研究総合推進費［JPMEERF20244M02］の助成を受けて実施されました。）

3. 背景

2022年1月15日に発生したフンガ火山の噴火は、地球全体に衝撃波が数周し、広範囲にわたる海面変動（気象津波）を引き起こした、21世紀最大級の巨大海底噴火でした。

しかし、この火山がなぜこれほどまでに破壊的で爆発的なエネルギーを持つに至ったのか、その根本にある「地下でマグマがどのように生まれ、どのように供給されていたのか」というマグマシステムの全貌は、海底火山であることから多くの謎に包まれていました。

図2　フンガ火山周辺の地形図
太平洋プレートがトンガ海溝よりインド・オーストラリアプレートに沈み込んでいる。トンガタプ島の北北西65kmにフンガ火山が位置している。

一方、JAMSTECでは、2016年に伊豆・小笠原弧の西之島などの研究から、「地殻の薄い海洋島弧では、マントルの浅い部分で直接、大陸の起源となる「安山岩マグマ」が生成される」という画期的な仮説（西之島モデル：Tamura et al., 2016; Tamura et al., 2019）を提唱し、世界の火山学をリードしてきました。この日本発の「西之島モデル」が、同じく地殻の薄い南太平洋のトンガ弧（フンガ火山）でも適用できるのか、その普遍性を世界に先駆けて実証するため、JAMSTECの研究グループは、ニュージーランド地球科学研究所と2022年から共同研究を開始しました。同年1月の爆発的噴火からわずか3ヶ月後の4月から5月にかけて、同研究所の調査船「R/V Tangaroa（タンガロア）」（写真１）による緊急調査航海（TAN2206航海）が実施されました。

写真1：「R/V Tangaroa」photo by Dave Allen provided by NIWA

4. 成果

当該航海では、フンガ火山の海面下から世界で初めて大量の火山岩サンプルを採取することに成功しました。これらの岩石サンプルをJAMSTECにおいて、化学組成および同位体組成を精緻に分析したところ、海面上の島（フンガトンガ・フンガハアパイ島）には存在しなかった「玄武岩」と「マグネシアン安山岩」、さらに分化した安山岩〜デイサイトまで多様な岩石を採取しました。特にマグネシアン安山岩は、陸上の岩石よりもマグネシウムを多く含む「未分化（マグマの原始的な特徴を残した状態）」な岩石であることがわかりました。

採取された岩石が、玄武岩が変化したものではないことを確認するため、これらの未分化な岩石の化学組成をもとに、マントルで発生した瞬間の「初生マグマ」を計算・復元しました。その結果、フンガ火山には「初生玄武岩マグマ」だけでなく、マントルから直接生まれた「初生安山岩マグマ」が存在することが証明されました。

これは、安山岩が「玄武岩がもう一度溶けてできたもの」ではなく、「浅いマントルから直接安山岩マグマとして形成された」という西之島モデル特有のプロセスがフンガ火山でも起きた、という証拠と言えます。

以上の結果から、Zhaonellaはこれまでに報告例がない「メタノール生成バクテリア」であること、またメタノールの蓄積が反応を停滞させることが判明しました。さらに、メチル利用アーキアがメタノールを消費し濃度が低く保たれることで、反応が円滑に進行し、相互依存的な共生が成立していることが明らかになりました。

図3　(左図)フンガ火山の海域で採取された火山岩の組成
フンガトンガ・フンガハアパイ島の陸上調査ではこれまで安山岩しか採取されていなかったが、海域においてはじめて玄武岩、マグネシアン安山岩が確認された。
（右図）西之島とフンガ火山の噴出物の比較
西之島にはマグネシアン安山岩マグマが分化した安山岩と玄武岩マグマが噴出する。玄武岩マグマはフンガ火山と比較するとよりマグネシウム含有量が高く未分化。

さらに、研究チームは、採取された岩石が地表へ上昇して結晶化し、変化してしまう前の「地球の深部で生まれたての組成（初生マグマ）」を復元するため、岩石学的な定量逆算モデル（カンラン石追加モデル）を用いました。復元されたマグマ組成を、マントルの高温高圧実験データ（相平衡関係）と照らし合わせた結果、フンガ火山の地下には、生成された深さが全く異なる「初生玄武岩マグマ」と「初生安山岩マグマ」の2つの初生マグマが独立して存在していることが判明し、それぞれ「初生玄武岩マグマ」はマントルの深部（地下約40–50 km / 圧力約1.5 GPa）で生成され、「初生安山岩マグマ」はマントルの極めて浅部（地下約15–20 km / 圧力約0.5 GPa）で生成されることも明らかになりました。また、フンガ火山の初生安山岩マグマ（図4青■）は、西之島の初生安山岩マグマ（同図グレー●）と全く同じ浅い深さ（約15〜20 km）の領域にプロットされ、両者の地下環境が極めて類似していること（西之島モデルの正しさ）も明らかになりました。

図4　マグマの成分割合から明かされた生成深度（Kushiro, 1996を一部改変）
マグマを構成する主要な3つの鉱物成分［Ol（かんらん石）、Pl（斜長石）、Qz（石英）］の割合を示したグラフ。曲線（15 km〜90 km）は、マグマがマントルのどの深さで発生したかを示す目盛りを表す。

なかでも注目すべきは、初生安山岩マグマが地下約15–20 kmという、マントルの最上部で生まれていたという事実です。このようなきわめて浅部といえる低圧環境で生成する初生安山岩マグマは、地殻の薄い海洋島弧に特有のものであり、JAMSTECが小笠原諸島の西之島などの研究から提唱してきた「海から直接、大陸の種（安山岩）が生まれる」という大陸生成モデル（西之島モデル）の決定的な鍵となるマグマです。

日本から見て地球の反対側に位置するフンガ火山においても、西之島と全く同じメカニズムでマグネシアン安山岩が噴出していたことは、上述の「西之島モデル」が特定の地域に限られるものではなく、地殻の薄い海洋島弧における安山岩マグマの浅部生成メカニズムが、西太平洋一帯に共通する「普遍的な地球のルール」であることを科学的に証明するものです。

さらに本研究は、西之島とフンガ火山が単に「似ている（普遍性がある）」だけでなく、お互いの欠けたピースを補い合う「相補性（Complementarity）がある」という、極めて重要な知見をもたらしました。実際に両火山の岩石組成を詳細に比較すると、西之島ではフンガ火山には見られないマントル深部由来の「未分化な（原始的な）玄武岩」が地表に噴出しているのに対し、フンガ火山では西之島では確認されていなかったマントル浅部由来の初生安山岩に近い「マグネシアン安山岩」が海底山腹から大量に採取されています。すなわち、西之島では深部マグマの挙動を、フンガ火山では浅部での大陸の種の生成を、それぞれより鮮明な形でみることができるのです。この「西之島とフンガ火山の相補的な関係」が見いだされたことで、西太平洋から南太平洋に至る海洋島弧の地下で繰り広げられる、多系統マグマ供給システムのパズルの全貌を解き明かすことに成功しました。

さらに本研究は、巨大海底噴火のメカニズムにも一石を投じました。西之島における近年の爆発的噴火のメカニズムとして、もともと地下にあった安山岩のマグマだまりへ、深部から玄武岩マグマが侵入・混合したことが分かっています（Tamura et al., 2023）。

フンガ火山においても、地下数kmにある浅いマグマだまりへと2つの独立したマグマが上昇し、そこで複雑に混ざり合っていた可能性があります。特に、比較的低温の安山岩マグマに対して、揮発成分（ガス成分）に富み、深部から上がってきた高温の玄武岩マグマが急激に注入されて激しく混ざり合ったことが、フンガ火山の未曾有の爆発力を生み出す引き金（トリガー）となった可能性が示されました。

本成果は、JAMSTECが誇る高度な岩石化学分析技術と、海洋島弧におけるマグマに関する豊富な知見、そしてニュージーランド地球科学研究所の優れた海域調査ファシリティが融合したことで、海底下のダイナミックなドラマを高い定量性をもって実証することに成功したものです。

図5　西之島モデル概要図(Tamura et al., 2026, Scientific Reports に掲載）
（左図：A）浅いマントル（深さ約20〜30 km）でつくられる「初生安山岩マグマ」
（右図：B）深いマントル（深さ30 km以上）でつくられる「初生玄武岩マグマ」
異なる深さで同時に生まれた2つのマグマが、浅いマグマだまり（図中②）で出会い混合することが、巨大噴火（図中③）の鍵となる。なお、本図は時間の流れではなく、同じ火山の地下で2種類のマグマが同時に発生する空間的な関係を示す。

5. 今後の展望

本成果は、フンガ火山のような海底火山において、マントルの異なる深さから複数の異なるマグマが同時に供給される「多系統マグマ供給モデル」が、巨大噴火の背景にあることを示す極めて重要なパラダイムシフトです。フンガ火山の大噴火の背景にあるマグマシステムの一端を明らかにしただけでなく、地球の歴史における「大陸の誕生（なぜ地球にだけ大陸があるのか）」という根源的な謎に対しても、日本発の『西之島モデル』の普遍性を補強する強力なピースとなりました。

2022年の大噴火以降、世界中でフンガ火山の研究が進められてきましたが、これまでの研究は海面上にわずかに顔を出している「山頂部の島（フンガトンガ・フンガハアパイ島）」の岩石分析に限られていました。しかし、フンガ火山はそのほとんどが海面下に隠れた巨大な海底火山であり、「氷山の一角」にすぎない島の上だけの研究では、マグマの本当の成因や供給システムの全貌を解き明かすことは不可能でした。巨大海底火山の本質を知るためには、海面下の広大な山体から直接サンプルを採り出す「海底研究」が不可欠だったのです。

さらに、類似した海域火山の挙動を調べ、データを蓄積していくことは、火山の防災・減災の面からも極めて重要な取り組みです。西之島とフンガ火山には、地殻の薄い海洋島弧にある海底火山であることなど、共通点がいくつも存在します。このことは、同様のマグマシステムを持つ日本の西之島においても、将来的にフンガ火山のような気象津波を伴う爆発的な噴火やカルデラ形成が起こり得ることを示唆しており、我が国の海域火山監視の重要性を改めて示しました。

今後は、西太平洋の様々な海底火山システムを比較検証し、地球進化における科学的意義の追究をさらに深化させていきます。それと同時に、島弧火山がもたらす社会的リスク（巨大噴火の予測）へのアプローチとして、この2つのマグマの出会い（混合）から大噴火に至るまでの「時間スケール（マグマが混ざり合ってから噴火するまでにどれくらいの猶予があったのか）」を、結晶の成長履歴の解析などを通じて詳細に解き明かす予定です。これらの研究を通じて、世界中の海底火山の危険度評価や、地球規模の災害をもたらす巨大海底噴火の防災・減災に向けた確固たる科学的基盤の構築に貢献していきます。