Physical Geology

マグマの組成は様々ですが、一般的には重要な順に酸素、シリコン、アルミニウム、鉄、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウムの8元素のみで構成されています（図3.6）。 マグマに最も多く含まれる酸素は全体の半分弱を占め、次いでケイ素が4分の1強を占める。 残りの1/4は残りの元素で構成されている。

マグマの組成は、マグマがどのような岩石から（溶けて）できたか、また、溶けたときの状態によって異なります。 マントル由来のマグマは、鉄、マグネシウム、カルシウムの含有量が多いのですが、それでも酸素とケイ素が主成分である可能性が高いのです。

地球上で見られる火成岩は、事実上すべて、上部マントルか地殻内の既存の岩石の部分溶融でできたマグマに由来しているのです。 部分溶融とは、岩石の一部分だけが溶けることで、岩石が純粋な物質でないために起こる現象です。 ほとんどの岩石は複数の鉱物から構成されており、それぞれの鉱物は融解温度が異なる。 ロウソクのロウは、純粋な物質です。 ロウを暖かいオーブンに入れて（ほとんどのロウの溶融温度は約40℃なので、50℃で十分です）、しばらく放置しておくと、すぐに溶け始めます。 これは完全に溶けたのであって、部分的に溶けたのではありません。 代わりに、ワックス、プラスチック、アルミニウム、ガラスを混ぜたものを、同じように温めたオーブンに入れると、ワックスはすぐに溶け始めますが、プラスチック、アルミニウム、ガラスは溶けません（図3.7a）。 これは部分溶融であり、液体のワックスに囲まれた固体のプラスチック、アルミニウム、ガラスという結果になる（図3.7b）。 もし、オーブンを120℃くらいまで加熱すると、プラスチックも溶けて液体のワックスと混ざり合いますが、アルミニウムとガラスは固体のままです（図3.7c）。 これも部分溶融である。 ワックスとプラスチックの「マグマ」を他の成分から分離して冷やすと、やがて固まります。 図3.7dからわかるように、液体のワックスとプラスチックが混ざり合い、冷却されると一つの固体のようなものができているのです。

この例では、いくつかの岩のふりを部分的に溶かして、マグマのふりを作りました。

もちろん、現実世界での部分溶融は、この岩のふりをした例とまったく同じではありません。 主な違いは、岩石は私たちが使用した 4 成分系よりもはるかに複雑であり、ほとんどの岩石の鉱物成分はより類似した融解温度を持っているので、2 つ以上の鉱物が程度の差はあれ同時に融解する可能性があることです。

予想されることとは異なり、また、私たちが岩石を作るために行ったこととは異なり、実際の岩石の部分溶融のほとんどは、岩石を加熱することを伴いません。 岩石が溶ける主なメカニズムは、減圧溶融とフラックス溶融の 2 つです。 減圧融解は、地球上で岩石がほぼ同じ温度に保たれたまま圧力が低下することで起こります。 これは、マントルプルーム（ホットスポット）やマントル対流セルの上昇部分で、岩石が地表に向かって移動しているために起こります。 減圧融解のメカニズムを図3.8aに示す。 融点に近い高温の岩石を地表に移動させると、圧力が下がり、融解曲線の液体側に通過することができる。 このとき、部分溶融が起こり始める。 図3.8bにフラックス溶融の過程を示す。 岩石が融点に近い状態で、岩石に水（融解を促進するフラックス）を加えると、融解温度が低下し（実線対点線）、部分溶融が始まります。

岩石の部分溶融は様々な場面で起こりますが、その多くはプレートテクトニクスに関係したものです。 その中でも特に重要なものを図3.9に示す。 マントルプルームでも対流系の上方でも、岩石は地表に向かって移動し、圧力が下がり、ある時点で融解曲線の液体側へ移動する。 沈み込み帯では、沈み込む海洋地殻の水分が、その上にある高温のマントルへ移動する。 これにより、溶融温度を下げるのに必要なフラックスが供給される。 いずれの場合も、溶融するのは岩石の10％程度と部分的で、常にシリカに富む成分が溶融し、元の岩石よりもシリカに富むマグマが生成される。 (例えるなら、私たちがふだん使っている岩石の溶融物は、その元となった「岩石」よりもワックスやプラスチックに富んでいるのだ)。

地表に向かうとき、特にマントルから地殻下部に向かうとき、高温のマグマは周囲の岩石と相互作用する。 このようなマグマの多くは地殻の岩石の溶融温度よりも高いため、通常、周囲の岩石の部分的な溶融を引き起こします。 (

非常に高い温度（1300℃以上）では、原子が結合するためのエネルギーが大きすぎるため、ほとんどのマグマは完全に液体となります。

非常に高い温度(1300℃以上)では、原子が結合するためのエネルギーが大きすぎるため、ほとんどのマグマは完全に液体です。 ケイ素と酸素が結合してシリカの四面体を形成し、さらに冷却が進むと、四面体が結合して鎖を作り始める（重合）。 このシリカ鎖は、マグマの粘性を高める（水分が少なくなる）という重要な効果があり、第4章で説明するように、マグマの粘性は火山噴火に大きな影響を与える。