マグマ中での結晶生成の電子顕微鏡直接観察に成功 ―高数密度ナノ結晶は地表付近で核形成―

2026-07-14 東北大学

東北大学の研究グループは、約1000℃のマグマ中でナノ結晶が生成する過程を電子顕微鏡でその場観察することに世界で初めて成功した。火山噴出物中で見つかる高密度の酸化鉄ナノ結晶は、従来は地下深部のマグマだまりや火道深部で形成され、爆発的噴火を引き起こす可能性が指摘されていた。しかし観察の結果、均質なマグマが液相不混和によって2つの液相へ分離した後、組成ゆらぎを経てナノ結晶が核形成する可能性が高いことが判明した。この現象はマグマが火道浅部や地表付近まで上昇した段階で生じると考えられ、ナノ結晶の形成は噴火様式に影響を与える可能性はあるものの、地下深部で爆発的噴火を直接誘発するという従来モデルは支持されないことが示された。本研究は、火山噴火の爆発性を左右するメカニズムの理解を大きく前進させるとともに、噴火過程や火山活動の評価モデルの高度化に重要な知見を提供する。

図1. （左）天然の火山噴出物中（霧島火山新燃岳2011年噴火）に観察されるナノ結晶の電子顕微鏡像（反射電子像）と、その均質な火山ガラスに見える場所（□）を拡大したもの（右）

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鉄酸化物ナノ結晶はいつ、どのように形成されるのか：現場FE-SEMによる知見と噴火ダイナミクスへの示唆
When and how Fe-oxide nanocrystals form: Insights from in situ FE-SEM and implications for eruption dynamics

Mayumi Mujin;Michihiko Nakamura
Geology Published:July 09, 2026
DOI:https://doi.org/10.1130/G54466.1

Nanocrystals (nanolites and ultrananolites) in volcanic rocks have attracted considerable attention owing to their potential role in increasing magma viscosity and serving as heterogeneous nucleation sites for bubbles, thereby influencing eruption styles. However, the conditions, time scales, and mechanisms of their formation remain poorly constrained. In this study, we conducted high-temperature, in situ observations of crystallization in a rhyolitic silicate melt using field-emission scanning electron microscopy. Nucleation of fine-grained Fe-oxide crystals (≤100 nm in width and diameter) occurred at high number densities (∼10²⁰−10²¹ m⁻³) under sub-solidus and oxidizing conditions, whereas their growth into coarser nanolites was not observed. The fastest case of beginning crystallization was ∼35 s after the melt reached the target temperature. Under above-solidus conditions, nucleation occurred at substantially lower number densities (≤∼10¹⁹ m⁻³) and crystal growth dominated with time. Nucleation under sub-solidus and oxidizing conditions was likely facilitated by spinodal-type liquid immiscibility between Fe-rich and Fe-poor melts. These results suggest that high-number-density ultrananolites formed through liquid immiscibility may serve as indicators of shallow magmatic processes but are unlikely to control the occurrence of Plinian eruptions in deep conduits. Rapid nucleation of Fe-oxide ultrananolites could allow their detection in pumice from explosive eruptions.