3D電磁気測定による東オーストラリアの新第三紀火山下のマントル融解とリソスフェア構造

プレート縁から遠い火山列が重要な理由

東オーストラリアには、南北に3,000キロ以上にわたって点在する若い火山群があります。ハワイのような典型的な火山列とは異なり、これらの噴火は大陸に沿った明確な年代順をほとんど示しません。これはオーストラリアが何千万年ものあいだ下位のマントル上を移動してきたにもかかわらず起きています。この不可解なパターンは大きな疑問を投げかけます。移動する大陸の上で、なぜ同じ広い領域に継続的に溶岩が供給されるのか――ホットスポットのはっきりした痕跡がないのに。この記事の基になった研究は、地球の電気特性の精密な観測を用いて東オーストラリアの深部をのぞき込み、地殻とマントルに潜む構造がいつどこで火山が活動するかをどう制御しているかを明らかにします。

自然信号で大陸内部を探る

深く掘削する代わりに、研究者たちは磁力計・電場計を用いた方法、いわゆるマグネトテルリクス（電磁力探査）を採用しました。これは地球の磁場の自然変動に対して地表岩石がどのように応答するかを「聴く」手法です。過去40年にわたり、科学者たちは東オーストラリアに800を超える観測局を配置し、地下が電気をどれだけ導くかを記録しました。これらのデータを三次元モデルへ反演することで、約250キロ下までの地殻・上部マントルの電気的な「X線写真」が作成されました。電気伝導度が高い領域は通常、より高温で流体や特定の鉱物が存在することを示し、一方で高抵抗のゾーンはより冷たく乾燥していることを示します。この大陸規模の像により、火山下の領域とこれまで静かな領域を比較できるようになりました。

火山帯下の隠れた段差と暖かい根

新しい電気伝導度マップは、主な新第三紀火山帯のすぐ下、約125キロ以深でマントルが異常に良導電であることを示しています。伝導度の値はおおむね1400℃程度の非常に高温だが主に乾燥した岩石と整合します。火山帯の内陸側では、惑星の硬い外殻であるリソスフェアが急激に厚くなり、より冷たく厚いマントルが東側のより暖かく薄いマントルと出会う場所に「段差」を形成しています。この段差は独立した地震学的像とも一致し、性質が滑らかに変化するのではなく急峻な境界であることを示します。ニュー・ボルカニック・プロヴィンスの最も若い噴火や、Cosgrove Track沿いの特殊な白雲母（ルーサイト）多含有溶岩はこの境界近傍に集中しており、深部の厚さや温度の変化がマグマ生成と地表への通り道を局所的に集中させることを示唆しています。

乾いた高温マントルの上に湿った下部地殻

東オーストラリア下のマントルは非常に高温である一方で、電気的データと熱モデルはそれが意外に乾燥していることを示唆します。伝導度の最適解は水分のほとんどない岩石と整合し、水分豊富な鉱物や広範な部分融解によるものとは合致しません。これは、マントル岩が融解を始めるときに、水やその他の揮発成分の大部分が効率的に抜き取られて上方へ運ばれていくことを意味します。火山下の下部地殻の電気的性質は相補的な物語を語ります。約40キロの深さで、そこは中程度に導電性が高く温度はおよそ800–1000℃と推定され、少量ながら重要な水や含水鉱物の存在を要求します。これらの含水した下部地殻の層は、溶体や流体が蓄えられ側方へ移動する貯留・伝達ゾーンとして機能し、その後地表の火山へ供給されます。対照的に、非火山領域はこのような強く含水した下部地殻を欠くか、もっと異なる複雑な導電パターンを示します。

火山起源に関する競合する考え方の検証

東オーストラリアの火山が整然とした年代順を示さない理由として、いくつかの仮説が提案されています。一つは、古い沈み込んだ板（スラブ）が停滞するマントルトランジションゾーンから物質が上昇し、そこで揮発物が放出され、マントルがゆっくり上昇して減圧される際に融解を促進するというものです。もう一つは、リソスフェア厚の段差が縁駆動対流を引き起こし、その境界に沿ってより暖かい物質を上方に運ぶという案です。第三の案は、弱い層内のせん断が局所的な融解を生むというものです。著者らは抵抗率モデルを温度推定、マントル岩石の組成、噴火中心の分布と比較した結果、深く停滞したスラブの上での減圧融解とリソスフェア段差がマントル流動に与える影響が観測を最もよく説明すると結論づけています。一方で、特に弱い層でのせん断だけで広範囲の融解が起きているという証拠は乏しいです。

オーストラリアの火山の将来にとっての意味

専門外の読者にとっての主なメッセージは、東オーストラリアの火山は単純に移動するホットスポットの表現ではなく、長く続く深部の熱的異常の地表表現であるということです。大陸基底の厚さに生じた段差が、内陸側のより冷たく厚いマントルと沿岸近くのより暖かく薄いマントルを分けています。非常に深部から上昇する高温でほとんど乾燥したマントルは、融解する過程で水分を失い、その水分は下部地殻へ渡されます。下部地殻では温度や組成の小さな変化が再び融解と噴火に傾く引き金となります。この過程は広い領域に広がっており狭いプルームに結びつかないため、火山は帯状に散在して異なる時期に出現し、明瞭な年代勾配を示さないのです。本研究は、私たちの足元深部の微細な構造が地表の地形や火山危険性をどのように形づくっているかを示しています。

引用: Margiono, R., Heinson, G. Mantle melting and lithospheric structure beneath eastern Australia’s Cenozoic volcanoes from 3D magnetotellurics. Sci Rep 16, 14214 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44483-8

キーワード: プレート内部火山活動, 東オーストラリアのマントル, リソスフェア構造, 電磁気イメージング, 新第三紀の火山