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広義の意味の火砕流(かさいりゅう、pyroclastic flow)とは、火山砕屑物が流れていくことであり、噴火との直接の因果関係や温度等は問われないため、例えば火山扇状地で発生する土石流もこれに含まれる。一方、狭義の火砕流とは、火山噴火の際に火山砕屑物等の固体と高温のガスとが一体になって斜面を高速で流れ下る現象である。一般には狭義の意味で用いられることがほとんどであり、本項においても狭義の意味での火砕流を扱う。

高温の火山ガスと混合一体化しているため地面との摩擦が少なく、流れ下るスピードは100km/時を超えることもあり、一気に遠くまで流れ下る。またガス成分が多い場合は比重が小さいため海面上を流走することもある。

古い文献には熱雲(ねつうん)などとして紹介されている。

◆ 火砕流という用語の歴史

1902年のプレー火山の噴火を調査したフランスの火山学者アルフレッド・ラクロワ (Alfred Lacroix)により "Nu?e ardente"(ニュエ・アルダント―燃える雲=熱雲)と名づけられたのが、科学的に取り上げられた最初である。「熱雲」は英語では「Glowing cloud」。

また、北海道駒ヶ岳(1929年)で発生した軽石が斜面をなだれ下る類似現象は、「軽石流」と呼ばれた。ムラピ山での、流動性に乏しい分厚い溶岩の先端が崩落する現象は「岩屑なだれ」と呼ばれた。

火砕流とは英語で「pyro(火の)-clastic(破片の) flow(流れ)」、日本語でも「火山砕屑物の流れ」であり、上記の「熱雲」、「軽石流」、「岩屑なだれ」を含めて「高温のマグマの細かい破片が気体と混合して流れ下る現象」を総称するものである。

なお、現在では岩屑なだれは、火砕流とは別の流動現象を指す用語として使われているので、注意が必要である。

◆ 火砕流の発生機構

火砕流の実体は、高温の火山砕屑物と火山ガスが混合して流動化したもの。ガスは、マグマに含まれていた火山ガスと、噴火中および流走中に取り込んだ空気からなる。

火砕流とは流動現象に対する名称であるため、噴火様式と1対1に対応するものではないが、火砕流が発生するような噴火には以下のものがある。

◇ 流紋岩 - デイサイト質マグマの大規模な噴火

流紋岩 - デイサイト質マグマは粘性が高いため、ガスが抜けにくく、マグマが地表近くまで上昇し減圧した時点で爆発的に発泡しやすい。このとき液体 - 固体は粉砕されてガスと混合し、マグマの量が多ければ大量の火砕流となって火口から高速で流れ出す。この場合は火口から全方向に流下することが多い。大〜中規模(10km³以上〜1km³〜0.01km³)の火砕流の殆どはこのタイプである。地下のマグマだまりから大量のマグマが噴出するため、マグマだまり跡の空洞が陥没してカルデラを形成することも多い。このとき、火砕流は最大で約100kmも流れる。このような大規模な火砕流による堆積物を特にイグニンブライトと呼ぶ。例えば、九州南部に分布するシラス台地はイグニンブライトである。

◇ プリニー式噴火の噴煙柱崩壊 (スフリエール式火砕流)

プリニー式噴火では、固体破片とガスの混合物からなる大規模な噴煙柱が形成されるが、その混合物の密度が空気よりも大きくなると、噴出物が上昇し続けられなくなり、噴煙柱が崩壊し噴出物は地表に落ちてそのまま流走する。この場合は火口から1方向に流下することが多い。ヴェスヴィオ火山の噴火(79年)およびスーフリエール山の噴火(1902年)が代表的。カルデラを形成する大噴火の中で、プリニー式の噴煙柱ができる場合もあると考えられている。このタイプの火砕流によって形成された堆積物中には、逆級化層理が発達することが多い。

◇ 溶岩ドームの崩壊 (ムラピ式火砕流)

マグマの粘性が高く、かつガスが効率的に抜けると、爆発的な噴火を起こさずにマグマがゆっくりと押し出されて溶岩ドームを形成するが、ガスは完全に抜けきったわけではなく溶岩の中に気泡として残っているので、ドームの一部が押し出されるなどして崩壊すると爆発的に解放されたガスとそれによって形成された破片が混合して小規模(一般に0.01km³以下)な火砕流となる。流下方向は地形などの影響で限られることが多い。このタイプの火砕流は、その堆積物の特徴からブロックアンドアッシュフローと呼ばれる。ムラピ山の噴火が代表的で、雲仙岳1990年-1995年の噴火で多く発生したのもこのタイプ。ただし、溶岩ドームが火山ガスの圧力で爆発的に崩壊した時には、やや規模の大きい火砕流と火砕サージが発生することがある(なお、1902年のプレー山の火砕流はこのメカニズムではなく、上記のプリニー式噴火の噴煙柱崩壊型火砕流と考えられている)。

◇ その他

比較的小規模でかつ溶岩ドームを形成しない噴火でも、噴出物にガスが多く含まれていると小規模な火砕流を起こすことがある。

◆ 火砕流の流動機構

火砕流流動様式は、1960年代は乱流と考えられていたが、1980年代には流動化実験等の結果から、層流と考えられるようになった。しかし、1990年代から乱流であるとする説が一時主流となり、現在では乱流説と層流説の議論が続いている。流走時には乱流を主体とし、堆積時には基底部に高密度な粒子流を形成し堆積するというモデルもある。

◆ 火砕流の種類と堆積物

火砕流は構成物質により以下のように分類される。

・ 火山灰流(火山灰の多いもの)

・ 軽石流(軽石の多いもの)

・ スコリア流(主にスコリアからなるもの)

上記に当てはまらないものは、特に分類せず火砕流と呼ぶ。

固体成分が少なく、主にガスからなるものは火砕サージと呼ぶ。

火砕流で運ばれた物質(固体)が、流れが止まった場所に溜まったものを火砕流堆積物と呼ぶ。

◆ 歴史に残る事例

◇ 日本以外の例

・ エーゲ海サントリーニ島のミノア噴火。紀元前1400〜1600年頃、ミノア文化の中心地クレタ島から少し離れたサントリーニ島が大爆発した。古代都市アクロティリ遺跡などの発掘調査によれば、まず大量の軽石が降下し(厚さ50cm)次に大規模な火砕流が発生して約50mの厚さに堆積し、その後島のほとんどが陥没しカルデラを形成した。この災害の言い伝えが、高度な文明を持った島国が地震と大洪水により一昼夜で海に没した『アトランティス伝説』になったのではないかと言われている。

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