火山岛地形的变迁

火山岛地形的变迁
编译：王立群
原著：渡辺一树
摘要：
如下所述，火山岛地形的演变，最初在经历多次重复喷发之后，火山岛逐渐生长为锥形体——尖顶状岩体。

然后，随着火山喷发的减弱，环绕岛屿的波浪作用逐渐加强了侵蚀，使得岛屿成为四周环绕陡崖的斜方体。

最后，在经历强喷发之后，火山岛变为类岩柱状。

根据火山岛的随时间演化，除了推测岛屿的植被状态之外，还可以推断岛屿的大致形成年龄和历史变化。

1、前言：
处于海域之中的火山岛，是海底火山于海底喷发之后，经历若干时间后其顶部到达海面并长期出露于海面之上形成的。

海底火山的岩体顶部因岩浆喷发而到达海面之后，火山岛就
接受海面波浪作用形成的侵蚀，火山岩体被侵蚀后的形状不同于内陆地区出现的由河流和泥石流侵蚀而形成的低洼地形。

在海面，如果火山喷发出的岩浆冷凝后形成的熔岩、火山岩体的数量大于波浪作用的侵蚀量，那么火山岩体就会长期出露于海面而形成岛屿，同时其周围受到波浪作用的侵蚀，在火山岛的边缘发育出海蚀涯。

在日本近海存在大量的海底火山，如西之岛新岛、明神礁、福德冈场之类。

从因火山爆发而处于诞生期的新岛屿到如伊豆大岛那样因长期喷发的结果形成的大火山岛并在其四周发育有海蚀涯的岛屿，火山岛的形状存在多样性。

东京大学名誉教授，小坂丈予先生从船上观察1952年明神礁的火山爆发情况（平林·野上，2012），从飞机上观察1973年西之岛火山喷发形成的新岛地形，保留下来西之岛新岛地形的详细资料（小坂，1978，图1）。

之后又进一步记录西之岛新岛的地形、海岸线的变化并报告了关于火山岛形成时的喷发样式及海蚀作用形成的地形变化（小坂，2004）。

本报告以小坂先生的经验为基础，主要以南方诸岛和南西诸岛为例，说明海底火山的顶部到达海面状态之后的火山喷发活动过程、被海蚀作用侵蚀的火山岛以及其周边浅水域地形的变迁。

2、火山岛的地形
在南方诸岛、南西诸岛的火山岛研究中，存有航空观测到的近年喷发活动的详细资料，此外根据海上调查船的测量结果，明确了火山岛周边浅水域详细的海底地形。

这些调查结果公示在海洋信息部首页的《海域火山数据库》、海洋信息部制作的《沿岸防灾信息图》以及《沿岸海洋基本图》中。

本文在研究过程中，针对南方诸岛、南西诸岛和北海道西部岛屿读取了公示在上述数据载体中的火山岛地形信息。

另外，即便是火山岛，但因飞机航空观测记
录少的、由观测船测量的浅水域海底地形数据缺乏的岛屿则从研究对象中删除了。

关于巴约纳岩礁是否可以作为明神礁破火山口的外环山的一部分，现在仍然处于活动状态的火山体来处理，它距离位于外环山顶部另一侧的目前仍然活动的明神礁大约10KM距离，今后它是否会发生给岛屿地形带来变化的喷发作用？目前还不知道。

在巴约纳岩礁的顶部因不存在火山口形状的地形，所以很难讨论关于该岩礁单独喷发活动的历程和地形的变化，因此本报告没有把巴约纳岩礁列为研究对象。

表1表示研究对象所在的地区、火山岛的名称和山顶的海拔高度、岛的平均半径和平均坡度。

这些值是从《五万分之一沿岸海基本图》和《三万五千分之一沿岸防灾信息图》中读取的。

岛的平均半径和浅水域平坦面的平均半径以及浅水域平坦面外侧的等深线都近似于椭圆，是将长短半径平均之后得到的。

在岛上存在多个高点时，山顶海拔标高采用最高点的值，用岛的平均半径相除计算出岛的平均坡度。

因此，若岛上存在多个高点，每个高点附近的实
际坡度比此处求得的岛
的平均坡度大。

此处所
说的火山岛周边浅水域
的平坦面，是在沉积学
上称为波基面或波浪作
用面的界限深度，岛屿
和浅水域的岩石、地层
受现在海平面的侵蚀，
所形成的碎屑物质堆积
形成平坦面，其水深一
般在50米左右。

在利屁
岛、樱岛，因浅水域的
平坦面不明确，所以无
法从图上划分出平坦
面。

这是因为利屁岛、
樱岛接近北海道、九州
地块，而这些地块的沉
积物甚至分布到周边海
域，因此像其它孤立的
火山岛那样，现在的波
浪作用深度在海底地形
上表现不明显的结果。

扫妇岩、口永良部岛、
大正岛、久场岛这四个
岛屿，水深50米左右的
平坦面不明显，采用了
水深100~150米左右的海底平坦面，这类平坦面有可能包含冰川期海平面下降时形成的海底平坦面。

因为每个火山岛的山顶海拔高度、岛的大小（半径）有很大的不同，所以很难仅从海拔高度和岛的大小去讨论火山岛特有的地形特征。

为了提取出火山岛地形的特征，使用火山岛和浅水域地形的平均坡度进行比较。

图2示出火山岛的平均坡度和浅水域平均坡度的离散图。

由该图可知，火山岛的平均坡度表现在0.05~0.40范围内，浅水域平坦面的平均坡度几乎落在0.03~0.09范围之内，一部分火山岛的图示中，表现出火山岛的平均坡度与上述范围
没有大的差别，而浅水域平坦面的平均坡度则较大，还有一些岛屿其浅水域平坦面的平均坡度与上述范围差别不大，而火山岛的平均坡度则变化较大这种情况。

3、火山岛外观地形的分类
参考存储在《海域火山数据库》中的全景照片、海底地形图和鸟瞰图，试尝对南方诸岛、南西诸岛及北海道西部岛屿进行了火山岛地形外观的分类。

本文以火山岛的整体外观及火山岛周围海底地形的形状为基础，结合后面叙述的火山岛喷发活动的历程，按如下方式进行分类。

阶段0（诞生期）：海底火山的顶部到达海面，平坦顶部的一部分出露到海面之上的状态。

在短时间内可没入水下，完全不生长植被。

阶段1（成长期）：在高于海平面的位置存在火山口，在发育较短的山腰处分布有熔岩流和次火山口。

受到来自周围波浪的侵蚀，可见较低的海蚀涯，植被发育少。

阶段2（最大期）：海面之上的火山岛发育得最大，形成圆锥状。

在海岸处可见沙滩及较低的海蚀涯。

山麓部植物繁盛，但在活跃的山顶火山口周围植被较少。

阶段3（海蚀初期）：发育较大的火山岛因海蚀作用受到来自周围的波浪侵蚀，落差较大的海蚀涯开始形成，整体上形成台地状的地形。

因为火山喷发活动没有妨碍植物的发育，所以可见全岛遍布丰富的植物。

阶段4（海蚀中期）：海蚀作用进一步发展，火山岛内部的火山通道、岩脉出露，陡峭的山体屹立。

山顶部位生长有植物，海蚀涯附近无植物生长。

阶段5（海蚀末期）：海蚀作用进一步发展，陡峭的山体进一步被消截，残留有火山岩脉形成的岩柱，在海面附近形成平坦的海岸和平坦的浅海底。

几乎已经不可见到植物发育。

4、火山岛外观地形和喷发活动的关系
根据《海域火山数据库》存储的火山喷发活动的记录，对海底火山的顶部到达海面之后的这种火山岛的喷发活动，按照火山岛外观地形随时间的变化，试尝做了如下分类。

阶段0（诞生期）：海底火山的顶部到达海面，在海面附近岩浆与海水接触，发生蒸汽爆炸。

发育含气孔的脆性岩石（浮石、火山渣）。

阶段1（成长期）：在火山口高于海水面的位置稳定下来，从火山口喷出的熔岩流在接触到海水之前发生固结，形成坚硬的熔岩（火山岩），多次喷发活动终止之后，不久火山岩受到来自周围波浪引起的侵蚀作用。

阶段2（最大期）：来自山顶部位的喷发活动继续，因喷出物的堆积，火山岛迅速成长。

火山口与海岸线距离变远，由陆地上广泛分布的熔岩流形成的地形以及熔岩穹等地形形成并保存下来。

阶段3（海蚀初级）：火山喷发活动减退，喷发物质的数量减少，海蚀作用进行，在火山岛的周围开始发育海蚀涯。

阶段4（海蚀中期）：喷发活动终止，火山喷发物质的供给逐渐消失，进一步的海蚀作用发育，剥蚀火山岛使岛内部的火山通道和岩脉露出，形成陡峭的火山体。

阶段5（海蚀末期）：海蚀作用进一步发展，陡峭的山体受到侵蚀，而坚硬的火山岛中心部位的岩脉保留下来，形成在海面附近被侵蚀的火山岩重叠堆积所致的平坦海岸和由碎屑物质组成的平坦浅海底。

5、考察
以火山岛的外观地形为基础，可以研究火山岛地形的变迁。

但阶段0（诞生期）时，火山岛短时间地没入水下，岛屿存在的时间较短，所以没有作为本次研究的对象。

诞生期火山岛是否能够长期地处于海面之上、喷发岩浆的性质、岩浆的喷发量、喷发活动时间的长度、火山口的海拔高度、单式或复式火山喷发样式的差别等，关系到许多条件。

表2中记录着火山岛的外观地形和喷发活动经历的阶段、恰当的火山岛名称、岛的平均
坡度、浅水域平坦面的平均坡度、相对于浅水域平坦面平均坡度的岛屿平均坡度比及每个阶段的平均值、火山喷发的记录（表2中的平均坡度值四舍五入了小数点后第三位，所以与《海域火山数据库》中的值有些差别）。

此处，没有给火山岛的地形带来大的变化的“喷气”、“变色水”、“地震活动”等作用为主体的活动不包括在火山喷发活动中。

相对于硫磺岛浅水域平坦面的平均坡度的岛屿平均坡度比小于1.39的原因在于山顶部的隆起运动而不是由喷发活动产生的火山喷发物质的喷出和堆积所致。

在硫磺岛，由海蚀作用而平坦化的土地发生隆起进而陆地化，所以岛屿的平均坡度例外地平缓，岛屿的平均坡度几乎与浅水域平坦面的平均坡度相同。

这一点与西之岛类似，分类到阶段1（成长期）中。

根据表2和图2研究各阶段岛屿的平均坡度和浅水域平坦面的平均坡度。

火山岛在阶段1（成长期），山顶火山口稳定地处于海面之上，山顶的火山喷发和熔岩流流出，在可见到较
低的海蚀涯期间，岛屿的平均坡度为0.05~0.41，浅水域平坦面的平均坡度是0.04~0.08左右。

在阶段2（最大期）形成圆锥状的大火山岛，岛的平均坡度变化不大，而来自广布的原野的
大量碎屑物质供给浅海，所以浅水域平坦面的平均坡度为0.05~0.15，可见稍稍变陡的倾向。

在阶段3（海蚀初期），海蚀涯发育，形成台状的火山岛，岛的平均坡度为0.12~0.31，表现出稍稍变陡的趋势。

因为来自海蚀涯供给的碎屑物质广泛地分布在浅水域，所以浅水域平坦面的平均坡度为0.02~0.09，稍稍变缓，岛的平均坡度和浅水域平坦面的平均坡度接近阶段1（成长期）。

在阶段4（海蚀中期），山体的侵蚀进一步发展，海蚀涯进一步发育，形成地层内部的岩脉出露的陡峭火山体。

岛的平均坡度为0.45~0.78，因来自海蚀涯的碎屑物质供给减少，所以浅水域平坦面的平均坡度变化不大。

在阶段5（海蚀末期），山体侵蚀作用进一步发展，火山体中心部位的坚硬岩脉保留下来，外观上形成岩柱状的山体。

岛屿的平均坡度为0.42~2.67，变得极为陡峻，但是因来自海蚀涯的碎屑物质供给几乎不存在，所以浅水域平坦面的平均坡度变化不大。

图3表示按火山岛外观地形的阶段顺序排列的、相对于浅水域平坦面平均坡度的岛屿平均坡度比柱状图。

相对于浅水域平坦面的平均坡度的岛屿平均坡度越大，火山岛上的海蚀涯越发育，形成更为陡峭的山体。

根据表2和图3，在阶段1（成长期），在岛屿向上方生长的状态下，相对于浅水域平坦面的平均坡度的岛屿平均坡度值为3.54。

在阶段2（最大期），陆地上的火山原野广布，来自广泛发育的原野上的碎屑物质供给浅海。

因此浅水域平坦面的平均坡度稍稍变陡，所以相对于浅水域平坦面的平均坡度的岛屿平均坡度比阶段1（成长期）小，平均值为2.23。

从阶段3（海蚀初期）到阶段4（海蚀中期），海蚀涯发育，岛的平均坡度逐渐变陡，因此相对于浅水域平坦面的平均坡度的岛屿平均坡度为 4.37~9.11。

在阶段5（海蚀末期），岛的外观成为岩柱状山体，岛的平均坡度变得非常陡峻，所以相对于浅水域平坦面的平均坡度的岛屿平均坡度表现出平均24.25的最大值。

图4表示从火山岛的阶段0（诞生期）到阶段5（海蚀末期），模拟每个阶段的火山地形剖面模式和存储在《海域火山数据库》中，比较明显地表现海水域地形特征的鸟瞰图。

在火山岛的阶段0（诞生期），如鸟瞰图中所示的福德冈场那样，浅水域的状态为平坦面广布。

火山岛的地形在阶段1（成长期）和阶段2（最大期），岛屿向上方生长而大致形成圆锥状的山体，浅水域的平坦面从鸟瞰图上感觉不太广泛。

在阶段1（成长期），相对于岛的面积的火山口面积较大，因在接近火山口的地区植物不发育，所以被植物覆盖的面积狭窄，但在阶段2（最大期），植物在山麓的中间则广泛发育，从喷发不久形成草原的地区到喷发后经过
一段时间形成森林，呈现多样性的特点。

从阶段3（海蚀初期）到阶段4（海蚀中期），海蚀涯发育，岛屿也逐渐地形成台地状的陡峭山体。

斜坡上的植被比海蚀涯上的更为丰富，分布着树木繁茂的森林。

从鸟瞰图上可以明显地看出发育于岛屿周围的海蚀涯情况和岛屿周边浅
水域平坦面的分布情况。

在阶段5（海蚀末期），岛屿的外观向岩柱状山体变化下去。

该阶
段植物几乎变得不可见。

从扫妇岩的鸟瞰图上可以清楚地看到岩柱状火山岛周边的浅水域宽阔的平坦面广泛地发育。

根据表2中有史以来的火山喷发记录及地质时期的喷发活动，从阶段1（成长期）到阶段2（最大期）的火山岛自600年以来一直到现在，是可以确认喷发活动的活火山。

阶段3（海蚀初期）的火山岛有史以来的火山喷发活动可能没有记录，即使是活动的，那也是1800年以来无法确认喷发活动的火山。

从阶段4（海蚀中期）到阶段5（海蚀末期）的火山岛，可明确它们是有史以来没有火山活动记录的古火山。

6、总结
图5是沿岸海基础图记载的火山岛对景图和按火山岛外观地形的阶段顺序排列的、存储于《海域火山数据库》中的火山岛全景照片。

如图5所示，火山岛外观地形的变化在对景图中明显地表现出来，在全景照片上可知植被的状况也明确地反映出喷发活动的频度和经过。

正如前面所描述的那样，火山岛因喷发而成长，接受因波浪带来的侵蚀作用而使地形和覆盖岛屿的植被状况变化下去。

另一方面，根据有关火山岛地形变化的知识，研究外观地形和覆盖的植被状态。

如表2所示，可以推测火山岛大致的喷发年代或者火山岛形成于海面之上后到现在经历了多长时间。

参考文献
福山博之（1983），火山列岛，南硫黄火山の地質，地学雑誌，92，55-67。