編著：陳立學（國立臺灣大學地理系大學部學生）

東京灣外海的一座活火山

Oomurodashi (大室ダシ) 是一座位在伊豆大島東南側的海底火山，原名直翻成中文是「大室顯露」的意思。這名稱據說是因為在該海域搭乘漁船時，往伊豆大島方向望去，可以隱約看到日本本土著名火山「大室山」在伊豆大島後方顯露出來，故得名。

這座深度相當淺的海底火山距離東京灣僅60公里，是個潛藏在海平面以下120公尺的海底高原。雖然日本氣象廳公布的活火山列表中並不包含Oomurodashi。在近期的研究中透過研究浮石與岩漿的化學成分，使我們得知這是一座近期曾有過噴發、且現在仍相當活躍的活火山。在2012年JAMSTEC的海洋調查船Natsushima的無人探查機Hyper Dolphin的一次調查任務中，在水深約200公尺的中央火山口底部發現了活躍的熱水噴孔。此外，在該次任務與2016年東北海洋生態系調查研究船「新青丸」的任務中，都使用Hyper Dolphin成功採取了海底的火山岩與浮石樣本，並發現他們在地質尺度上都相對年輕，可能來自不久以前的噴發。

圖一：離東京灣入口約60公里的Oomurodashi，是一座距離海水面不遠的海底火山。透過海洋調查取得了該區域附近詳細的地形圖，並使用無人探查機”Hyper Dolphin” 採取了岩石樣本，其採集位置標示於右圖。Oomurodashi的山頂位在海平面下120公尺，並有著一個被稱作「大室火口」(Oomuro Hole)、距離海水面約200公尺深的火山口。該火山口處有著活躍的海底熱液系統，火口壁以及平坦的山頂則廣泛堆積著火山岩與浮石。左圖中的菱形記號標示著伊豆大島與利島的火山灰層露頭，兩者都是13500年前Oomurodashi活動所造成的火山灰層。

如何得知該火山的活動歷史

為了評估火山的活動性，對火成岩樣本進行定年是相當重要的工作。但是常用的鉀氬定年難以準確估計萬年以內的年輕火成岩之形成時間；在海底沉積的地層當中，雖然有孔蟲等生物殼體當中的碳可以做為碳14定年的樣本，但本研究在海底採集到的火成岩樣本很少保有其原始堆積的上下沉積層，故難以使用這種方法確定年代。因此必須思考包含Oomurodashi在內，適用於這些海底火山樣本的年代測定法。

Oomurodashi位在伊豆大島與利島之間。在伊豆大島上有個被稱為「地層大切斷面」的知名地質露頭，研究團隊分析該露頭中的火山灰層之化學組成，發現它跟利島的地層中採取到的浮石樣本一樣，都跟Oomurodashi採到的海底火成岩樣本有著相似的化學成分。從這些島嶼上地層的碳定年樣本可以知道這些火山灰層沉積於距今約13500年前，由此推測Oomurodashi在13500年前有爆發過一次，並在周圍的兩座島上留下火山灰以及浮石的紀錄。本研究還從浮石與火山灰的化學特徵推測出，該火山活動應屬於海底火山在淺水的爆炸性「蒸氣岩漿型噴發」(phreatomagmatic explosion)。

圖二：在伊豆大島的「地層大切斷面」露頭中，可以觀察到一層火山灰層(圖示中紅線所夾的地層)，在本研究中確認其來源應是附近的Oomurodashi。靠近觀察後，可以從細粒的火山灰層當中觀察到白色的浮石包含其中，這些浮石的化學組成跟Oomurodashi海底火山採取到的海底岩石樣本有著相似的化學組成，因此可以確定這層火山灰是Oomurodashi的爆發活動所形成的。利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察這些火山灰的顆粒，可以觀察到這些顆粒由許多更小的微顆粒聚集而成，這是岩漿噴發時與周圍海水相互作用所形成的一種特徵。

除此之外，本研究還開發了一種新的年代估計方法，可以使用海底火山現地的岩石樣本之含水量來估計其形成年代。研究團隊使用「傅立葉變換紅外線光譜儀」(FTIR)測量火成岩當中的水濃度，由於熔岩在海底噴出時，熔岩中帶有的水量會與當時熔岩所處的水壓有所相關，因此我們透過測定火山岩樣本的含水量可以估計當時的海水深度。

這些噴出岩漿中所含的水在火成岩凝固以後，會以水分子和OH兩種形式存在，其中水分子的部分會隨著時間受到海水與火成岩之間的水合作用擾動，而OH的部分則不會受到水合作用的影響，保持原始的成分。故本研究使用FTIR測定岩樣中的OH濃度來進行估計。另外在火山口附近的火山岩樣本中發現，OH成分比這個水深的火山活動應有的OH成分濃度還要低，表示這些岩石在形成時，此海域的海水面高度應該低於現今的海水面高度。透過這個方法來估計，本研究推測此火山約在7000-10000年前、14000年前分別有過活動。

本研究的意義與未來展望

本研究使用火山岩當中的水濃度來估計海底火山活動時噴口附近的水壓，用來與海水面變動曲線的歷史相比較，以推算該火山岩所對應的活動年代。除了日本之外，全世界也存在著許多跟Oomurodashi有著相似深度的海底火山，對於它們的活動歷史也還有許多未明瞭之處。在海底火山岩樣本的年代估計上，這種新方法的未來推廣應用相當值得期待。

本研究證實了Oomurodashi在過去一萬年以內有發生過海底噴發的事件，伴隨著海底熔岩流、使得火山灰直上大氣層的蒸氣岩漿式噴發、還有海底噴發產生的大量浮石，並且直至今日也有著海底熱液系統的活動。Oomurodashi火山周遭就有數個有人居住的島嶼、還很接近東京灣口的重要航道，它未來仍有很大的活動風險，使得該火山成為一個潛在的巨大威脅。使用FTIR研究該火山產物中的揮發物、孔隙率、與其他的產狀特徵，將為這些海底火山的活動提供一些新的解釋。這些相關樣本的採集工作，如海底岩心的採取，也將幫助我們更了解這些海底火山並估計它們的致災潛勢。

 

*本文翻譯並修改自日本海洋研究開發機構(JAMSTEC)與日本國立科學博物館於2022年6月發表於網路上之導讀文章，與該研究團隊2022年6月發表於Geology期刊上的相關研究文章。導讀文章原文可見以下網址(日文)：https://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20220629/

 

 

 

參考資料：

McIntosh, I. M., Tani, K., Nichols, A. R., Chang, Q., & Kimura, J. I. (2022). Past eruptions of a newly discovered active, shallow, silicic submarine volcano near Tokyo Bay, Japan. Geology, 50(10), 1111-1115.