日本太平洋沿岸黑潮沿线海滩所发现浮岩碎屑的起源

《Marine Geology》：The origin of pumice clasts found on beaches along the Kuroshio current on the Pacific coast of Japan

　　

**摘要**

浮石是一种具有低表观密度（通常 <1 g/cm3）的火山物质。由于其高孔隙率，部分浮石块可以浮在水面上。进入海洋后，浮石可以被长距离搬运。这类浮石通常被称为漂浮浮石（drift pumice），在海洋、海岸线以及沉积物中被广泛观察到。在日本，漂浮浮石经常在海滩上被发现并保存在沉积物中，可以用来指示地层沉积时代和古环境。然而，从生成到最终沉积的漂浮浮石过程尚未得到明确。本研究分析了2018至2019年间在日本太平洋沿岸黑潮沿线五个海滩收集的603个漂浮浮石样本的化学组成，这些样本收集于2021年福徳戸之浦火山喷发之前。通过与火山中心和独特的火山碎屑沉积物进行关联，我们确定了在没有近期重大喷发时期沉积的漂浮浮石的来源。所分析的样本被鉴定为来自多个来源，包括姶良火山口、福徳戸之浦火山、与那霸岛东北方向的深海火山、长白山火山、樱岛火山、阿苏火山口，以及鬼岛火山口或阿多火山口。结果表明，在没有直接火山喷发浮石供给的时期，漂浮浮石很可能来源于陆上火山碎屑流沉积物的再动员。相比之下，来自深海喷发的漂浮浮石证据（其喷发年龄有明确限制）表明，大量释放到海洋中的浮石可以在沿岸至少停留几十年到一百年。

**引言**

浮石是一种火山喷发期间喷出的火山碎屑物质，由具有低表观密度（通常 <1 g/cm3）的高度多孔火山玻璃组成，使其能够浮在水面上（Katayama et al., 1970; Allaby, 2013）。一旦排放到海洋中，低表观密度的浮石块可以在孔隙被水浸湿或被海洋生物（如藤壶、珊瑚和海藻）附着之前长距离漂浮，然后再被冲上岸或沉入海底（例如，Kato, 1983; Manville et al., 1998; Bryan et al., 2012）。这种被称为漂浮浮石或漂浮浮石的物质可以在海洋、沿岸以及沉积物中被发现（例如，Frick and Kent, 1984; Whitham and Sparks, 1986）。

在全球范围内，在过去200年中，火山喷发大约每十年产生一次漂浮浮石（Bryan et al., 2012）。然而，自2010年代以来，漂浮浮石的报告更为频繁，这在一定程度上是由于遥感技术的进步。漂浮浮石与多种深海火山喷发相关，包括2001年和2019年汤加F火山喷发（Brandl et al., 2020; 在全球火山计划（2013）数据库中标记为#243091，在Bryan et al., 2004的作品中标记为#0403-091），2006年汤加Home Reef火山喷发（Bryan et al., 2012），以及2012年新西兰近海Havre火山喷发（以下简称2012年Havre火山喷发）（Jutzeler et al., 2014; Carey et al., 2018）。这些火山均位于南太平洋。在2021年福徳戸之浦火山喷发（以下简称2021年FOB火山喷发）期间（图1; Maeno et al., 2022; Fauria et al., 2023），大量浮石漂浮并被冲到南海诸岛附近的海岸（Yoshida et al., 2022; Ishimura and Hiramine, 2025）。鉴于其对船舶运营、渔业活动和旅游业的影响，漂浮浮石被视为一种间接火山灾害。因此，了解漂浮浮石的来源火山、运输路径和搁浅模式对于火山灾害缓解非常重要。这些信息可以为预测未来喷发期间可能受浮石漂浮和积累影响的沿海地区提供依据。

大多数关于海岸搁浅漂浮浮石的研究都集中在浮石块化学组成的分析上。例如，Frick和Kent（1984）分析了从南半球多个地点海岸收集的63个漂浮浮石样本的化学组成，包括非洲大陆、澳大利亚和印度洋岛屿。他们确定了漂浮浮石的五个来源区域：南桑威奇群岛、南大西洋、南印度洋、汤加海沟和印度尼西亚的喀拉喀托火山。Jokiel和Cox（2003）分析了从圣诞岛和夏威夷收集的漂浮浮石样本的化学组成——两者都位于北太平洋赤道附近——并将其结果与此前的研究结果进行比较（Frick and Kent, 1984; Jokiel, 1984）。他们确定了漂浮浮石的六个来源区域：南桑威奇群岛、南大西洋洋中脊、印度洋洋中脊、汤加、喀拉喀托和墨西哥。这些研究表明，漂浮浮石样本的化学分析可以在火山省尺度上识别其来源火山。然而，由于每个地区中个别喷发的产物特征不明确，漂浮浮石尚未与对应火山喷发产生的特定火山碎屑沉积物进行关联。

漂浮浮石研究可以阐明火山活动及其对海洋和沿岸环境的影响。在南太平洋已特别观察到频繁的浮石漂浮事件（Bryan et al., 2012），与深海火山相关的浮石筏有助于海洋生物在海中的扩散（Jokiel, 1984, Jokiel, 1990; Bryan et al., 2012）。除了施加生态影响外，漂浮浮石还可以为古海平面重建做出贡献，正如Farnsworth et al.（2020）所建议的那样，他们将漂浮浮石数据与在挪威斯瓦尔巴群岛东北部和中部收集的后冰川海平面历史数据进行比较。然而，由于浮石漂浮事件比陆上火山喷发事件频率低，大多数关于漂浮浮石的研究仅分析了单个地点或来自单次喷发的最多10个样本（例如，Frick and Kent, 1984; Sawada et al., 2003）。因此，我们缺乏关于浮石块生成、类型、漂浮路径、漂浮期以及沉入海底或搁浅上岸后不再漂浮（即沉积过程）的基本信息。为了阐明这些过程及其对进一步地质和环境调查的重要性，必须对其进行系统调查。

日本群岛及其周边地区已开发了高精度的火山碎屑数据集（Machida and Arai, 1992, Machida and Arai, 2003），突出了日本群岛作为漂浮浮石研究的理想区域。此外，由于日本跨越了广泛的纬度范围，浮石的漂浮行为可以很容易地被追踪。在日本，自20世纪初以来就已报告了漂浮浮石（Seki, 1927, Seki, 1930），后续研究报告了海滩上漂浮浮石的岩石学和地球化学特征（例如，Kato, 1980; Nakano and Kawanabe, 1992）。在海洋和沿岸环境的沉积物中也报告了漂浮浮石（例如，Aoki and Arai, 2000; Sawada et al., 1997）。其中一些样本表明，漂浮浮石可以作为重建古洋流的指示物，并用作时间标记。

在本研究中，我使用电子探针微分析（EPMA）分析了在2021年FOB火山喷发之前从日本群岛太平洋沿岸五个地点收集的603个漂浮浮石样本的火山玻璃。为了使用Machida and Arai（2003）的火山碎屑目录和漂浮浮石记录识别可能的来源火山，我对参考火山碎屑单元和漂浮浮石样本的化学组成进行了聚类分析。在本研究中，"火山碎屑"一词被广泛使用，指包括降尘和火山碎屑流沉积物在内的火山碎屑物质。参考样本包括日本群岛及其周边地区喷发的火山碎屑，包括火山爆发指数（VEI; Newhall and Self, 1982）为7或更高的喷发产生的火山碎屑、已知供应了保存在沉积物中的漂浮浮石的喷发产生的火山碎屑，以及由近期深海火山活动供应到海中的浮石。用作参考样本的材料类型，如降尘或火山碎屑流沉积物中的火山灰和浮石，列在表1中。根据其地球化学组成，我将多个漂浮浮石样本与特定火山喷发的产物进行了关联，细化了鉴定，超越了仅仅估计来源火山。通过考虑已识别来源火山比例以及漂浮浮石的位置与关联火山碎屑类型之间的关系，我最终阐明了在没有火山向海洋供应浮石期间漂浮浮石块的生成和运输过程。

**章节片段**

**日本漂浮浮石研究**

Seki（1927, 1930）进行了一项开创性研究，研究与1924年10月与那霸岛东北方向深海火山（SVI）喷发（以下简称1924年SVI火山喷发）和1929年6月北海道驹岳火山喷发（以下简称1929年北海道驹岳火山喷发）相关的漂浮浮石（图1）。Seki（1927）汇编了来自日本各地的报告，表明SVI火山喷发的浮石向北经东海漂流，沿着两条路线前往日本海和...

**区域环境**

本研究区域沿日本群岛太平洋海岸延伸，受黑潮强烈影响。从五个沿海段收集了漂浮浮石样本（图1）。选择五个采样地点是为了覆盖太平洋沿岸的广泛地理范围，并检查漂浮浮石群落在与来源火山和主要洋流关系上的空间变化。日本群岛及其周边地区包含众多第四纪...

**野外调查和采样**

在2021年FOB火山喷发之前，于2018年9月至2019年8月在五个沿海地点进行了野外调查，该喷发向海洋供应了大量浮石（Maeno et al., 2022; Fauria et al., 2023）。由于沿海悬崖暴露的第四纪火山碎屑沉积物可能是漂浮浮石的潜在当地来源，因此避开了具有此类沉积物的海岸线。为了获得足够数量的分析样本，尽可能多地收集直径超过的漂浮浮石块...

**漂浮浮石的物理性质和化学组成**

浮石的大小、颜色、形状、矿物含量和孔隙率按采样地点总结在表3中。浮石样本根据总碱-硅（TAS）图（Le Bas et al., 1986）进行分类，如图3所示。漂浮浮石样本的特征和平均化学组成可通过Figshare获得（https://doi.org/10.6084/m9.figshare.31331704）。

在颜色方面，白色浮石在五个地点中的四个地点最为丰富，除奄美外（表3）。在...

**漂浮浮石的火山来源和源物质**

为了将漂浮浮石样本与来源火山和参考火山碎屑进行关联，在哈克图上绘制了各主要元素的化学组成（图S2）。这一过程确定了477个样本的来源喷发或火山，约占603个收集的漂浮浮石样本的80%。多个漂浮浮石样本可以与同一火山关联，但无法与任何特定喷发关联。

如上所述，364个漂浮浮石样本与...重叠

**结论**

本研究分析了从日本群岛太平洋沿岸五个地点收集的603个漂浮浮石样本中火山玻璃的主要元素组成。约80%的样本可以与参考火山碎屑关联，在某些情况下可以与特定喷发关联。结果表明，目前的沿岸漂浮浮石群落包括从较老的火山碎屑流沉积物再动员的浮石，以及由相对近期的深海...

**CRediT作者贡献声明**

Reona Hiramine：写作 – 审稿和编辑，写作 – 原稿，可视化，验证，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，正式分析，数据管理，概念化。

**未引用参考文献**

National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 2025

**利益冲突声明**

作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能影响本论文所报告的工作。

**致谢**

本研究部分在 Kochi大学 Marine Core Research Institute（MaCRI）的合作研究计划下进行（受理编号：18B064, 19A043, 19B038, 20A033, 20B030, 22A035, 22B032, 23A038, 23B033, 24A055, 24B052）。作者衷心感谢MaCRI的Yuhji Yamamoto教授和Takuya Matsuzaki博士的慷慨支持和技术协助。作者还感谢北海道学园大学的Kaori Aoki教授和...

**Reona Hiramine**
National Museum of Japanese History Research Department, 117 Jonai-cho, Sakura-shi, Chiba 285-0017, Japan