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1(3)火山

「火山」計画推進部会長 大倉敬宏 (京都大学大学院理学研究科)
副部会長 野上健治 (東京工業大学火山流体研究センター)

 火山噴火による災害を軽減するためには,火山噴火の発生の場所・規模・時期を予測すること及び火山噴火現象の発展段階に応じた災害の推移を予測することのみならず,火山噴火現象自体を解明することが重要である。
 「火山」計画推進部会では,発災の原因である火山噴火を科学的理解に基づき予測する手法の開発をすすめるとともに,火山噴火予測の基礎となる火山噴火の仕組みを自然科学的に解明する研究を推進している。そして,これらの研究を支える観測手法の開発及び体制の整備も主たる推進内容の一つである。

1.地震・火山現象の解明のための研究

(1)地震・火山現象に関する史料,考古データ,地質データ等の収集と整理

ア.史料の収集とデータベース化

 火山現象のより深い理解のためには,中長期的な時間スケールで火山活動を常時観測すると同時に,緊急時に現地調査等を実施して発現する火山現象をデータベース化し,火山監視体制の強化に資する必要がある。本研究計画では,火山噴火予知連絡会で中長期的に観測体制の充実が必要とされた47火山について地震計,空振計,GNSS等の観測データを常時収集するとともに,全国の火山で機動観測により得られた観測データを解析し,データベース化した。また,各種監視・観測で得られた成果は,地震火山月報(カタログ編)や火山年報等によりHPにより公表した(気象庁[課題番号:7001])。また,日本の火山データベースでは,蔵王,九重,鳥海山の活火山に関する詳細データをデータベースに公開し,20万分の1スケールでの全国火山図原稿作成を北海道〜東北南部において実施した(産業技術総合研究所[課題番号:5003])。

ウ.地質データ等の収集と整理

 火山現象とそれに伴う災害を長い時間スケールにわたって正確に把握するためには,噴火確率の高い火山や,大規模災害を引き起こす可能性のある火山の火山噴出物について地質調査や科学的分析をおこなうことが重要である。
 本年度は,首都圏に大きな被害をもたらす可能性がある富士火山について,最近の噴火の火山噴出物の化学組成と組織の分析を行った。富士火山の最新の噴火である宝永噴火(AD 1707)では,噴火活動の初期に白色パミスの噴出をもたらした珪長質マグマ溜まりは噴火前には深度4-6kmで極めて水の飽和に近い状態に置かれていたことが明らかになった。また,深部由来の玄武岩質マグマは,噴火開始の数日前程度にこの珪長質マグマと接触することで珪長質マグマ溜まりで発泡が始まり,噴火に到ったものと思われる。最近3000年間の18枚のテフラについて全岩化学組成を調べた結果,ほとんどの噴火でほぼ普遍的に珪長質と玄武岩質のマグマが混合して噴火していることが見出された(東京大学地震研究所[課題番号:1502])(図1)。また,監視・観測体制の充実が必要な活火山(47火山)のうち,富士山地域の地質図を解説書付きで取りまとめた(産業技術総合研究所[課題番号:5003])。

(2)低頻度大規模地震・火山現象の解明

ア.史料,考古データ,地質データ及び近代的観測データ等に基づく低頻度大規模地震・

(火山現象の解明 )
 有史に発生した,低頻度ではあるが大規模な火山現象の発生過程や噴火現象の理解のためには,火山噴出物の岩石・地質データの分析や,文献調査,観測データの再解析を現在の火山学の知見と対比しながら行なうことが必要である。
 薩摩硫黄島においてボーリング調査を行った結果,鬼界‐アカホヤ噴火に先行する噴火は2回あったこと,先行噴火がアカホヤ噴火の千年~数百年前に発生していた可能性があることを明らかにした。これに対して,支笏カルデラ形成噴火に先行する噴火活動は確認できず,1万年以上の静穏期の後にカルデラ形成噴火が始まったと結論づけられた。摩周火山のカルデラ噴火では,溶岩からなる山体を破壊しながら発生した,指向性を持つ大きな初速を持った高速型火砕流が発生していることが明らかになった。これまで考えられてきたような,プリニー式から噴煙柱崩壊へと移行する単純な様式ではなく,複雑な推移を経たと言える。(北海道大学[課題番号:1001])。
 今年度,1888年磐梯山噴火の調査報告の事実認定ないし推論の仕方等を残された目撃談,写真やスケッチ等の一次資料に基づいて再調査した。その結果,噴出する水烟が低温状態から高温化して飽和水蒸気の噴出へと噴火形態が変化し,その噴出口は旧火口(沼ノ平)であることを明らかにした。小磐梯山の崩壊山体と随伴する北方への岩屑なだれ,並びに枇杷沢を東南方向に流下したブラストは旧火口での噴火とは性質の異なる噴火現象であると推論した。また,桜島大正噴火中に発生した桜島地震について震源位置の再評価を行った。各官署の記録紙からS-P時刻を求めることが出来た場所は20箇所で,西日本の観測点に乏いが,S-P時刻から推定した震央は鹿児島付近に求まった(京都大学防災研究所[課題番号:1902])。

(3)地震・火山噴火の発生場の解明 

ウ.内陸地震と火山噴火

 マグマ溜まりや火道などの構造や物質科学的特性,火山周辺の応力・ひずみの時空間分布を明らかにし,火山噴火現象のモデル化の研究を進めるためには,地震・地殻変動観測や電磁気探査などを実施することが重要である。
 近年,活動が活発化している蔵王山周辺では,地震・地殻変動観測,重力観測や地磁気観測の総合観測を実施している。今年度は,屈折波解析による火山体速度構造の推定及びファン・シューティング解析による熱水分布の推定のための人工地震構造探査を全国の大学と合同で実施した。初期解析の結果から,蔵王山中央部において基盤層の深さが数百m程度であること,火口湖御釜から噴気活動域にかけての領域直下に高減衰域が存在することなどが判明した(東北大学[課題番号:1202])。
 阿蘇山において観測された地殻変動データから同火山の噴火ポテンシャルを評価した。現在のマグマの総量は1930年代後半にくらべて約2x107m3減少しており,近年の基線長変化からは,106m3程度しか回復していないと推定される。また,九重火山における水蒸気噴火のポテンシャル評価に資するため,GNSS観測及び地震観測を開始した。九重火山においては,硫黄山の地下に鉛直に伸びる高比抵抗領域が検出されマグマ貫入域もしくは高温ガスの通路と解釈された(九州大学[課題番号:2201])。

(5)火山現象のモデル化

 大規模な災害を引き起こす可能性があるマグマ噴火を主体とする火山,及び噴火規模は小さいものの災害を引き起こす可能性が高い水蒸気噴火を主体とする火山それぞれに対し,火口近傍や火山周辺における多項目の観測や火山噴出物の解析から,先行現象とそれに続く噴火現象を把握し,それら諸現象のモデル化を行なうことを目的とした研究が実施されている。

ア.マグマ噴火を主体とする火山

 桜島昭和火口における噴火活動は2009年後半以降,ブルカノ式噴火活動が活発化している状態が続いている。地震,地盤変動観測,重力測定,火山ガス放出量,噴出物の分析を継続するとともに,火山体構造の変化抽出のための解析を行った。
 有村観測坑道のひずみ計の記録について,伸長量と収縮量はほぼ同じであることが多いことを示した。これは短期的には爆発に先行する膨張量から爆発の規模を確率的に予測することが可能であることを意味する。桜島の地盤は,約1年周期で膨張と収縮を繰り返しているが,2009年10月~2010年5月及び2011年11月~2012年2月の地盤の膨張は,それまでの年周変化的な変動をはるかに超えており,マグマの貫入量が数十万m3/月のレベルまで増加したものと考えられる。これらの時期には噴火活動が活発化し,火山灰放出量も増加しており,マグマ貫入と同時にマグマ放出が起こる開口型火道系の特徴的な地盤変動と噴火活動を示している。また,火山灰に付着する水溶性成分である塩素イオンと硫酸イオンの比も,2009年及び2011年のマグマ貫入イベントに同期して増加した。2015年1月に始まるマグマ貫入イベントの際も同様のに上昇しており, 火山灰水溶性成分の化学分析は短期的なマグマ貫入イベントを検知できるツールである(京都大学防災研究所[課題番号:1908])。
 火山現象・噴火のモデル化を行なう際には,マグマの挙動についての理論的及び実験的研究の成果を取り入れることも重要である。東北大学では火山噴出物の組織に基づく火道浅部プロセスの推定手法に関する研究を行い,霧島山新燃岳2011年の噴火様式の分岐に対応した噴火噴出物のナノライトの鉱物組み合わせの相違を発見している。Fe-Ti酸化物ナノライトの鉱物の鉱物相は磁鉄鉱,輝石ナノライトはピジョン輝石・普通輝石・サブカルシック普通輝石と決定でき,これによりナノライトの結晶作用の物理化学条件がより明確に特徴づけられるようになった(東北大学,[課題番号:1205])(図2)。
 北海道教育大([課題番号:2925])は,十勝岳1962年噴火の噴出物の発泡度や気泡組織,マイクロライト数密度などの岩石組織やガラスの化学組成の解析から,噴火様式の推移を考察している。このほか,桜島,阿蘇,口永良部島,箱根の火山灰構成粒子組成の特徴やその変化に関する研究も実施されている(産業技術総合研究所[課題番号:5006])。
 マグマ噴火のモデル化のためには地球物理学的観測だけでなく,地球化学や岩石学的手法を用いた多項目の観測が必要である。伊豆大島,霧島山,有珠山,浅間山においても地球電磁気学,多項目観測による比較研究が行なわれている(東京大学地震研究所[課題番号:1508])(図3)。産業技術総合研究所は口永良部島,桜島,阿蘇山,浅間山においてセスナ機・無人ヘリを用いたMulti-GASによる火山ガス組成観測を実施し,噴火活動推移に伴う火山ガス組成の変化から噴火推移の評価を行った。更に,桜島火山において高時間分解能のSO 2 放出率変動観測を実施し,噴火発生前における火山ガス放出率の減少を明らかにした(産業技術総合研究所[課題番号:5006])。

イ.熱水系の卓越する火山 

 熱水系の卓越した火山で発生する水蒸気噴火や小規模なマグマ水蒸気噴火の準備過程に関連する先行現象の事例を多数集め,それらの現象の理解を深めるため,十勝岳・吾妻山・草津白根山・阿蘇山・口永良部島を対象とした全国連携の比較研究が開始された。このうち,阿蘇山と口永良部島については,26年度中に噴火が発生しマグマ性の活動に移行したため,27年度からは課題1802(代表:京大理)にて実施,本課題とは情報共有で連携することとなった(北海道大学[課題番号:1003])。
 十勝岳では,26年度に整備した広帯域地震計・孔中傾斜計・プロトン磁力計による常時観測を継続した。これまで捉えられていなかった,火山性微動に伴うわずかな傾斜変動などの現象が検知可能になった。また,SO2ガスの遠隔自動観測(望岳台観測点)を夏季限定で実施した結果,前年と比べて放出率が150 t/dに増大していた。簡易型MultiGASによる噴気ガス(H2S,SO2,CO2)の観測からは,高いSO2/H2S 比が得られており,遠望写真観測からも噴気量の増大が認められた。高周波微動振幅の増大,浅部の消磁を示唆する磁場変化の加速なども観測されている。これらはすべて,2015年5〜8月に起こった62-2火口南西外縁部における局所的な地盤膨張や地熱異常域拡大と関連していると思われるが,各種現象の統一的なモデル化や他火山との比較はまだ十分ではない。
 吾妻山大穴火口周辺では,浄土平,兎平,酸ガ平の3箇所に孔中傾斜計を設置しデータ収録を開始した(兎平及び酸ガ平は別予算による)。また,テレメータ式プロトン磁力計を2カ所に設置した。吾妻山では2014年10月頃から2015年6月頃にかけて,地殻変動,長周期微動,表層の噴気活動が活発化したが,磁場変動との対応などにはまだ未解明の点が残る。別予算によって,広帯域MT観測及び,土壌CO2拡散放出率分布の調査を実施した。浄土平付近では火山性の土壌CO2フラックスは見られない一方で,北東側の3カ所に,強いH2S臭を伴う高CO2放出率を示す地点があることがわかった。
 草津白根山では,2014年3月から湯釜火口周辺域で膨張性の地盤変動が始まり,4月に噴気ガスのH2S濃度の大幅な減少,5月に地震活動が活発化,5月から6月にかけて小規模ながら湯釜地下での熱消磁と見られる変化が観測されるなど,高温の火山性流体の供給が示唆される状態が継続している(気象庁[課題番号:7005])。
 湯釜火口周辺のプロトン磁力計を1カ所テレメータ式に置き換え,連続観測を強化した。全磁力の連続観測によって2014年5月に捉えられた湯釜火口直下の消磁について,数値実験を行った。その結果,観測された消磁は,地下浅部への高温流体のパルス的注入で再現できることがわかった。これは,火口地下のシーリングゾーンが一時的に破壊された可能性を示唆するもので,熱水系卓越型火山で非噴火時に起こる活動の定量的理解に向けて一歩前進した。湯釜火口湖水の化学成分,特にフッ化物イオンと塩化物イオン濃度の顕著な上昇は,膨張が始まった2014年から現在まで継続しており,より高温の火山ガスが関与している火山性流体が現在も地下浅所の熱水系から供給され続けていることが明らかになった。火山熱水系では岩石と酸性熱水との反応が常に起こっているが,陽イオン組成に陰イオン組成の変化が及ぼす影響は考慮されていなかった。フッ化物イオンを加えた塩酸—硫酸の混酸溶液と岩石の反応実験を行った結果,火山性流体の水素イオン濃度だけではなく,フッ化物イオンが岩石からの陽イオン成分の溶脱の促進に深く関わっていることが明らかになった(東京工業大学[課題番号:1601])。焼岳山近傍では,地震計,傾斜計,GNSS受信機等のほか,プロトン磁力計,地中温度計等の機器を設置する観測システムの構築を行い,上高地下堀沢及び焼岳中尾峠 の観測点については,データの取得が始まっている(京都大学防災研究所[課題番号:1909])。
 箱根山の大涌谷では,2015年4月26日から群発地震が発生し,6月末には小規模な噴火が発生した。大涌谷噴気のCO2/H2O比は2015年4月下旬の群発地震開始と同期して急激な上昇を示している。CO2は典型的なマグマ性成分なので,群発地震と同期してマグマ性ガスの放出があったと推定される(東海大学[課題番号:2922])。
 海底火山の活動は,その周囲が大量の海水に囲まれていることから,大規模な熱水活動を伴うことが特徴であり,陸上の火山活動とは全く異なった様相を呈する。非常に活発なマグマ噴火を続けている西之島の周囲で海水試料を採取し,海水の組成分析を行った。その結果,すべての海水試料でpHは通常の海水よりも酸性側にシフトしており,塩化物イオン濃度が通常の海水よりも低いのに対して,フッ化物イオンや硫酸イオンは僅かに高い。この結果から,西之島の周辺の海水は火山ガスもしくは 酸性熱水の影響を非常に強く受けており,熱水中には含まれているけれども海水中には微量にしか含まれない成分であるフッ化物イオン濃度が海底火山活動にともなう熱水活動を捉えるには適していると言える(東京工業大学[課題番号:1602])。一方,南西諸島海域の島弧系及び背弧海盆において火山活動に起因するヘリウム,pH,濁度,溶存炭素同位体,メタン,マンガンなどの海水中の3次元分布とその時系列変化を明らかにするために,鹿児島湾北部の若尊カルデラから放出される海底熱水活動を継続して観測している(東京大学大気海洋研究所[課題番号:2802])。
 研究計画の開始当初,熱水系卓越型火山としてターゲットだった5火山(十勝岳・吾妻山・草津白根山・阿蘇山・口永良部島)のうち,阿蘇山・口永良部島については2014年に噴火が発生し,マグマ性の活動に移行した。2014年には御嶽山でも噴火が発生したことから,これらの3火山については27年度からは別課題で地震観測,測地観測,地磁気観測,火山ガス測定を実施し,水蒸気噴火後の過程で発生するさまざまな現象を捉え,これらの観測結果を比較することとした。水蒸気噴火後の活動推移予測の精度を高め,水蒸気噴火に至る過程で発生した事象から共通するものを抽出し,水蒸気噴火準備過程のモデルを構築するための基礎材料とすることもこの課題の目標である(京都大学大学院理学研究科,[課題番号:1802])。
 阿蘇山火口周辺では,広帯域地震観測網及び短周期地震計アレイの維持を引き続き行い,火山活動に伴う各種の火山性微動の観測を行った。この結果,阿蘇山で断続的に観測されている長周期微動の卓越周期が,地表活動の活発化にしたがって明瞭に変化することが明らになった。このような時間変化は,2014年11月及び2015年9月の噴火にやや先行して見られ,1994年の広帯域地震計による観測開始以来では,最大規模の変化であった。また,同時に微動の発生回数や振幅も増大していた。これは浅部火道中の流体の温度・物性が活動に伴い変化し,火道壁における固液2相弾性カップリングによる境界波の伝播特性が変化したためと解釈出来る。このことは,水蒸気噴火・マグマ水蒸気噴火を引き起こす浅部流体のモニタリングを地震学的手法により連続的に行うことができ,火山災害誘因の把握に有効である可能性を示す。また,長周期微動の周期の変化は,草千里下のマグマ溜まりをはさむGPS基線の変化と対応しており,マグマ溜まりの増圧により,火道へ流れ込む流体の温度・物性の変化が引き起こされていることが示唆される。
 2015年9月,10月のマグマ水蒸気噴火に先行した顕著な地磁気変化は捉えられなかった。これは2014年11月のマグマ噴火開始前の地磁気変化(図4)とは大きく異なっていたことから火口直下浅部の状態が噴火形式に影響を及ぼしている可能性もあり,今後の精査が必要であろう。2015年10月の噴火以降,それまで続いていた緩やかな消磁(地下温度上昇)のセンスが,僅かに帯磁(地下温度低下)のセンスに変わっているように見える。10月の噴火以降,火口底に湯だまりが一部復活したことから少なくとも浅部において地下水が火口の中心まで浸透し温度が低下していることが示唆される。また今年度,地磁気観測データの解析手法の改良に取り組んだ。より高精度な火山活動起因のトレンド抽出のためにFujii and Kanda (2008) の方法を応用した解析方法を用いて等価磁気源解析を行い,磁場変化源 (=熱源)の位置の時間的推移を明らかにした(図4)。今後この結果とその他の観測・解析結果を総合することで,この期間におけるマグマ移動についての重要な情報がもたらされることが期待される。
 口永良部島では2014年8月3日の噴火直後の二酸化硫黄放出量は300トン/日に増加した。放出量はそれ以降も徐々に増加し,2014年11月末に急激に増え,1000~3000トン/日の状態が続いた。このレベルの二酸化硫黄放出量はマグマ性噴火が発生している桜島や阿蘇山に匹敵する噴出率である。その後この放出量は2015年5月に,二酸化硫黄放出量は300~700トン/日に減少し,明らかに2014年12月以降とは異なる状況を示した。この減少は火道上端部の閉塞に対応していた可能性がある。2014年11月末の二酸化硫黄放出量の増加と同期して屋久島と口永良部島の間のGNSS観測による基線長の短縮が始まった(国土地理院,気象庁の連続観測)。また,2015年3月の島内山麓におけるGNSSキャンペーン観測では,新岳を中心とする放射状の変位ベクトルが得られており,屋久島と口永良部島 の間の基線長の短縮は口永良部島の新岳を中心とする膨張と解釈できる(図5)。
 2015年3月に行った新岳西山麓の水準測量では,2014年8月に比べ火口側隆起の上下変動が検出されたことも口永良部島の山体の隆起・膨張を裏付ける。2014年以前の地盤変動は新岳山頂において極めて大きいが,山麓には顕著な変動はなかった。山麓において地盤変動が検出されたのは,1996年に地盤変動観測を開始して初めてのことであった。地盤変動と同期して,徐々に火山性地震発生回数も増加し,2015年1月24日には,最初の有感地震(震度1)が新岳西山麓の深さ5kmで発生した。そして,5月19日ごろからは新岳火口近傍の地震計に観測されるような極微小地震が増加し,5月23日には新岳西山腹浅部を震源とする有感地震(震度3,M2.3)が発生した。5月23日の地震は1月24日の地震と同様に新岳西山麓に震央をもつが,震源深さが1kmと浅くなっている。
 5月23日の有感地震発生以降も地震活動は高い状態が続き,火山構造性地震の多発から低周波地震やモノクロマティック地震への地震活動の推移が見られた。以上のように,2015年5月29日の噴火は,2014年8月3日の噴火以降に,火山ガス放出量の増加,地盤変動,火山性地震活動の活発化などが段階的に進行する中で発生した。
 御嶽山では,噴火前から繰り返し実施されてきた水準測量データを用いて,2014年噴火に至る噴火準備過程の解明を試みた。その結果,2006年以降は山頂方向の隆起を示す変動パターンであることが明らかとなった。この隆起は2007年の小噴火後も沈降に転ずることはなく,2009年まで継続している。2013年の測量結果からもこの隆起が2013年まで継続していたことが示唆される。2009-2014年の測量結果は約10㎜の沈降を示しているのに対して,噴火後半年間では概してわずかな山頂方向の隆起に転じており,今後の活動推移を予測する上で重要な結果が得られた。圧力源としては隆起の期間(2006-2009)には山頂直下の浅いシル状クラックと,その下の深いダイク状クラックの開口が,沈降の期間(2009-2014)には収縮する山頂直下の浅いシル状のクラックが推定された。上下変動の時間変化と圧力源モデルから,2006年に山頂直下へマグマが貫入し,山頂直下の浅いシルと深いダイク状のクラックが開口して2007年噴火が発生したこと,2007年噴火後もマグマ供給は継続したが2014年噴火後に浅いシル状のクラックは収縮に転じていることを示唆する。
 地震活動については,御嶽山2014年噴火を挟む2014年8月31日~9月30日に山頂域で発生した地震についてdouble difference法による震源再決定を行った(図6)。震源分布は,南北に伸びた震源分布と噴火直前10分間の震源移動を見出した。これらの地震とのmatched filter解析により更に多くの地震を検出し,火山構造性地震の活動ピークが9月11日であったこと,これに4日ほど遅れて低周波地震活動が活発化したこと,9月16日頃にかけてb値が上昇したことを明らかにした。また,噴火開始の25秒前に発生した超長周期地震の波形インバージョン解析を行い,火口直下の深さ600 mにおける南北走向クラック解を得た。この走向は震源分布と整合的であり,既存弱面を用いた水蒸気上昇に伴う微小亀裂の開閉イベントの一つと解釈した。

2.地震・火山噴火の予測のための研究

(4)事象系統樹の高度化による火山噴火予測

 噴火事象系統樹の高精度化には,詳細な噴火履歴と噴火推移が明らかになっている必要がある。火山活動の推移を俯瞰的に理解してその予測を目指すためには,史料,考古データ,地質調査,火山噴出物の解析,地球物理観測の研究成果を多角的に取り入れ,可能性のある火山活動や噴火現象を網羅してその時系列を整理した噴火事象系統樹を作成することが重要である。
 今年度は,浅間山を対象火山として事象系統樹作成を進め,暫定版を完成させた(北海道大学[課題番号:1004])。噴火史,古記録解析及び地質学的調査に基づく大規模噴火の推移,地球物理学的観測から見た活動の変遷,最近の噴火事例の比較などについて整理を進め,過去1万年間に3回の活動期があること,そして 活動期での噴火頻度・規模は最近になって増大していることがわかった。今後,最近の1000年間の噴火活動について,規模に基づいて噴火分類を行い,それぞれの分類単位での噴火様式・推移について共通点・相違点を検討して噴火事象系統樹の完成を目指す。
 十勝岳ヌッカクシ火口域(安政火口)については,追加の現地調査を行い,噴火年代と噴出物の分布範囲を再検討した。この調査は課題番号1003「熱水系卓越火山に関する研究」との連携しながら行った。その結果,約2800年前 に山体崩壊を伴う比較的規模の大きい水蒸気噴火を起こし,その後に最低でも6回の水蒸気噴火を起こしたこと,その中の最新期のものは西暦1739年より新しいことがわかった。
 昨年度緊急的に作成した蔵王山の噴火事象系統樹を高度化するために,本年度は,五色岳の過去約 2千年間の噴出物について,特にテフラ層を重点的に調査し,テフラ層の識別を行った上で,各テフラ層をもたらした噴火の特徴・噴火時期・規模の概要を明らかにした。噴火時期は,テフラ層に挟在される古土壌を系統的に採取し年代測定を行い,それを基にテフラ層序学的に検討して推定した(山形大学,[課題番号:2932])。
 富士山では文献調査を行い,既存のデータをデータベース化の作業を実施した。更に,富士山における溶岩の古地磁気が既存の古地磁気データベースと整合するかどうかの確認のために,放射性炭素年代測定法で年代値が明らかとなっている溶岩の古地磁気方位の測定を実施した(山梨県富士山科学研究所[課題番号:9202])。
 一方,火山活動の活発化や噴火の発生,噴火発生後の噴火規模や様式の急激な変化の予測を行うためには,これまでの火山学的知見や本計画の成果をもとに,観測データの特徴,火山噴出物の解析などから,事象分岐の条件や論理を導き出すことも不可欠である。この目的のため,多項目観測が中長期に実施されている,雲仙岳,モンセラート島(スーフリエール・ヒルズ),シナブン火山,伊豆大島,三宅島,霧島山新燃岳に加え,最近国内で噴火した御嶽山や口永良部島,また,雌阿寒岳,ストロンボリ火山,エトナ山などについて,噴火事象と観測量を時系列化し,噴火現象の分岐前に共通して現れる観測量をまとめた。昨年度の成果(1.マグマ噴火開始前に中期的な全磁力等の異常,2.水蒸気爆発からマグマ爆発への分岐前に,山体膨張,地震活動の火山性ガスの活発化, 3.火砕流発生(ドーム崩落)前に,山体膨張,地震活動の活発化,4.山頂噴火から山腹噴火への分岐前に地震活動の活発化,急激な山体変形)と調和的な結果が得られ,このような観測量のモニタリングが分岐判断に有効であることが確かめられた。一方で,観測項目によっては,噴火直前に変化が起きない例もあることもわかった。

3.地震・火山噴火の災害要因予測のための研究 

(4)地震・火山噴火の災害誘因の即時予測手法の高度化

 火山噴火のメカニズムの基礎研究や噴火事象の観測研究を防災・減災へ結びつけるためには火山噴火の発生の場所・規模・時期を予測すること及び火山噴火現象の発展段階に応じた災害の推移を予測することに加えて災害要因を即時的に把握する観測研究が必要である。
 京都大学防災研究所では,ブルカノ式噴火の発生頻度が高い桜島を対象に,噴火に伴う噴煙の早期検知と粒子密度の推定を行った(京都大学防災研究所[課題番号:1913])。ブルカノ式噴火によって多量の火山灰が噴煙として大気中を上昇し,浮遊拡散するとともに,火山周辺に多量に降下する。浮遊火山灰は航空機の運航に障害を与え,降下火山灰は,農林水産業被害,健康被害,地上交通網の停止と噴火活動静穏化後も繰り返される泥流等の土砂災害を引き起こす。発災原因である噴煙に伴う火山灰浮遊推定量をする技術を開発するとともに,シミュレーションを用いて大気中を浮遊拡散する火山灰粒子密度分布と降下する火山灰の堆積分布を予測する。2009年以降,ブルカノ式噴火の発生頻度がきわめて高い桜島を対象に,噴火に伴う噴煙の早期検知と粒子密度の推定をGNSS,XバンドMPレーダー,ライダー用いて行った。GNSSの位相残差とSN比データの両者に乖離が確認され,両データに反映される物性が異なる可能性が明らかになった。桜島で採取した噴煙粒子のサンプルを,防災科学技術研究所の大型降雨実験施設内で自由落下させ,落下速度,形状,落下姿勢などの噴煙パラメータを求めた結果,粒径の落下速度は形状と落下姿勢に依存することが確かめられた。これらの情報は噴煙のふるい分け効果に伴うXバンドMPレーダー反射強度や反射因子差の水平分布などの時間変化の解釈や降灰のナウキャスト手法の開発に役に立つであろう。XバンドMPレーダーにより観測された反射因子の時空間分布から火山灰の量的把握を目的として,噴煙高度が5000mに達した2013年8月18日の桜島爆発のレー ダー画像を解析し,降灰量と比較した。その結果,反射因子から降灰量を求めることが可能であることが明らかになった。桜島島内の二カ所にライダーを設置して微小火山灰粒子の検出実験を行った。使用したライダー装置は極めて微量な火山灰粒子を検出可能なことから航空機の航路における火山灰検知に有用である。散乱強度の空間分布から約2km付近まで,微小粒子を追跡可能であり,散乱強度は火口から離れるにつれて低下することがわかった。このことは,散乱強度から微小粒子の濃度が推定可能なことを示す結果である。
 気象庁では,活動的な火山である桜島等を対象として,気象レーダーにより噴煙のエコー強度やマルチパラメータ等を観測し,噴煙状態等を速やかに把握する手法の検討を行った(気象庁[課題番号:7010])。
 2015年5月29日口永良部島噴火噴煙の気象庁レーダー観測網データ,ひまわり画像を解析した。レーダーのエコー頂高度の時間推移からこの噴火の噴出物総量は66万~110万トンと推定された。2015年5月29日と6月18日口永良部島噴火の降灰予報の検証を行った。5月29日の事例検証では,モートンの式に基づく噴出物量推定のブルカノ式噴火への適用方法の検討,風の影響を考慮した噴煙供給源モデルへの改良が必要であることがわかった。また遠望カメラ,気象レーダー・衛星ともに噴煙高度が不明であった6月18日の事例検証で降灰予報(定時)で仮定している噴煙の高さは妥当であったことを確認した。
 2011年1月27日06時JSTにひまわり7号で観測された霧島山新燃岳2011年噴火による火山灰雲に対し,火口上空における火山灰粒子の放出時刻・高度を対応付けることにより,この時刻の火山灰雲が,高度3km(南端)から7km程度(北端)にかけて緩やかに傾斜していたことがわかった。火山灰雲の再現結果は,初期粒径分布の仮定に対しても依存しており,分散を従来よりも大きくすることでと再現性が向上することがわかった。また,日々の気象場の変化が大規模噴火時の降灰予測に与える影響を点検し,降灰ハザードマップの改良等の研究に活用するため,富士山宝永噴火及び桜島大正噴 火を想定した降灰シミュレーション計算を毎日実行し,結果を図示するリアルタイムコンテンツの仕組みを構築した。2015年から開始し,計算結果を蓄積している。
 LANDSAT-8やTerra,EO-1衛星に搭載された光学センサーの画像から西之島の噴煙活動(放熱率)の評価を行うとともに,光学センサーや SARデータを用いて抽出した溶岩流出活動との関連について調査を進めた。この結果,新島が確認され,約2年経過した2015年10月時点でも,その活動は噴火当初とほぼ同じ水準で推移もしくは低下していることがわかった。

(5)地震・火山噴火の災害軽減のための情報の高度化

 火山噴火の発生の場所・規模・時期を予測すること及び火山噴火現象の発展段階に応じた災害の推移を予測することと,それに基づく住民に対する信頼できる情報発信は避難行動に寄与する。
 噴火事象系統図にリストアップされる桜島の噴火の規模と様式について,前駆活動及び火山噴火推移の事象の発現に沿った避難計画策定の可能性について検討した(京都大学防災研究所[課題番号:1914])。これまで考えられてきた前兆事象と噴火規模・様式は,地盤変動から推定されるマグマの貫入速度によって昭和火口のブルカノ式噴火,南岳の昭和火口のブルカノ式噴火,昭和21年噴火のような溶岩流出,大正3年のプリニー式噴火とそれに続く溶岩流出を予測するものである。火山性地震の活動度は低いので,地震エネルギー積算量が前兆事象と噴火規模・様式との対応において判断条件となる。今年度,桜島において大規模噴火が発生しうる状況での避難の意向に関するアンケート調査を実施し,避難行動を分析した。アンケートでは,基本データとして住所や世帯構成,家屋の構造等について情報収集したうえで,特に,避難の方法と経路について,何も火山活動に関する情報がない場合,大規模火山噴火の発生予測に関する情報が発表された場合,大規模火発生後の3段階について同様のアンケートを繰り返し,アンケートの回答を進めるにつれ,学習できるように配慮した。鹿児島市党の地方自治体と詳細な結果を共有し,防災対策に活用してもらう予定である。
 気象庁は,火山活動の情報提供について,臨時の「火山の状況等に関する解説資料」の提供開始し,噴火速報の運用を開始し2015年9月14日に阿蘇山で発生したマグマ水蒸気噴火の際に初めての速報が提供された。また,噴火警戒レベル1及び噴火予報のキーワードを「平常」から「活火山であることに留意」に変更し,活火山に対する注意喚起を行った(気象庁[課題番号:7012])。

4.研究を推進するための体制の整備 

(1)推進体制の整備

 観測研究の成果が防災・減災に効果的に役立つためには,行政機関等の関連機関との連携の下に,適切な計画推進体制を整備する必要がある。そのために気象庁は,3回の火山噴火予知連絡会(定例会)し,火山活動の評価・検討が行われ,その検討結果はHP などで公表されている(気象庁[課題番号:7013])。

(2)研究基盤の開発・整備 

ア.観測基盤の整備

 長い時間スケールをもつ火山現象の理解とその予測には,その基盤となる観測網の維持・拡充を進めることは重要である。全国の活火山について,全国4か所の火山監視・情報センターにおいて,地震計,空振計,GPS等により,連続的な監視観測を行った(気象庁[課題番号:7017])。平成23年度から実施している 火山観測施設の更新計画に基づき観測施設を更新と整備を行った平成27年度に噴火が発生した口永良部島と箱根山については,臨時に観測機器を設置して観測強化を行った。全国の火山について,地震観測,GPS繰り返し観測,熱観測等の調査的な機動観測を計画的に実施した。各種監視・観測で得られた成果は,噴火警報,火山の状況に関する解説情報,火山活動解説資料等の防災目的の情報や資料として公表された他,地震火山月報 (カタログ編)や火山報告等で取りまとめて公表した。
 山梨県富士山科学研究所では,富士北麓の北東麓忍野,北麓富士吉田,河口湖,北西麓富士ヶ嶺の4観測点で地下水位,地下水温,電気伝導度を測定している。 富士吉田観測点については,観測井をあらたに掘削し,観測点,機器を更新した。河口湖観測点と富士ヶ嶺観測点において,2011年3月の東北地方太平洋沖地震とそれに続いて発生した静岡県東部地震では地下水位の変動が見られたが,現在のところ,これ以外の変動は観測されていない。現在のところ富士山北麓において火山活動との関連で地下水の観測点は限られており,側火口が揃う北西ラインを全てカバーできていない。したがって,新規の観測点の増設や既存の温泉井などの活用ができるように,地下水観測体制の強化整備等を図った(山梨県富士山科学研究所[課題番号:9201])。

イ.地震・火山現象のデータベースとデータ流通

 全国の監視・観測網で得られた膨大なデータの効率的利用と継続的取得は,長い時間スケールをもつ火山現象の理解とその予測にとって重要である。柿岡,女満別,鹿屋,父島,祓川の5観測点における地磁気4 成分連続観測データを,引き続き統一的な形式に整理した。これらのデータを月毎に地磁気観測所データベースに登録・公開するとともに,前者4地点のデータを国際的なデータセンターに提供し,活動的な火山を対象とする全磁力精密観測データについて,継続してデータベースに登録した(気象庁[課題番号:7018])。
 海上保安庁海域火山の定期巡回監視及び海域火山基礎情報図整備を継続して実施する。海域火山データベースの整備及び公表を継続して行う。また,西之島の火山活動の航空機による定期的な目視観測及び熱計測を行い,さらに衛星画像を活用した監視観測を継続している(海上保安庁[課題番号:8003])(図7)。

ウ.観測・解析技術の開発 

 長い時間スケールをもつ火山現象の理解とその予測には,その基盤となる観測網の維持・拡充を進めるとともに,データの継続的取得と膨大なデータの効率的利用が重要である。また,海域における観測体制の強化,各種観測を火口近傍で安全に実施する技術の開発,人工衛星を利用したリアルタイム火山観測システムの高度化,航空機搭載型センサーを用いた観測技術の開発も必要である。
 東京大学大学院理学研究科([課題番号:1403])は,昨年度設計・開発した簡易型トラバース測定装置に簡易装置のボックス内に3Gルーターを入れることで,観測終了時に観測データを3G回線を使って自動的にクラウドサーバーへアップロードするように測定用ソフトウェアを改良した。その後,さらに測定の簡易化を進め,現在はスイッチを入れるだけで自動的に観測・データ転送までを行うシステムとなっている。その他,Lバンド航空機SARに火山観測のためのプログラム開発(北海道大学[課題番号:1008]),航空機搭載型光学センサーの改良及び合成開口レーダー(SAR)干渉解析ツール(RINC)の改良と霧島山,桜島,十勝岳等の地表変動研究(防災科学技術研究所[課題番号:3005]),ひまわり8号のAHI画像を利用したリアルタイム観測システムのプロトタイプの開発と複数衛星データによるインドネシア,ラング火山2015年噴火推移の解析(東京大学地震研究所[課題番号:1520]),開発した絶対重力計プロトタイプTAG-1を改造及び実用性を高めた新型プロトタイプの開発(東京大学地震研究所[課題番号:1506])が行われている。また,火山噴火事象の分岐条件や論理の構築のために分岐前に現れる物理量の変化を検出するための機器開発のみならず,宇宙線(ミューオン)を利用した火山浅部透視技術においては自動画像生成ソフトウェアの開発によって活動中の火山体内部構造の解析の即時性の向上が図られている(東京大学地震研究所[課題番号:1523])。

これまでの課題と今後の展望

 「火山」計画推進部会では,火山噴火の事象分岐の条件・論理を明らかにし,事象系統樹の高度化することで,発災の原因である火山噴火を予測する(東北大学[課題番号:1208])ことを上位目標にすえ,低頻度で大規模な現象を含む火山噴火現象及び発生場の解明,噴火のモデル化,観測手法の開発及び体制の整備に関する研究等を推進している。
 熱水系の卓越した火山の比較研究でターゲットだった5火山のうち,口永良部島では2014年8月3日にマグマ水蒸気噴火が,阿蘇山でも1993年以来のマグマ噴火が2014年11月25日に発生した。この間の9月27日には熱水系の卓越した火山としての研究対象には含まれていなかった御嶽山で水蒸気爆発が発生し,多数の死傷者を出す大きな火山災害となった。そこで本部会内の課題を整理し,口永良部島,御嶽山,阿蘇山の3火山を研究対象とした新規課題”水蒸気噴火後の火山活動推移予測のための総合的研究 −御嶽・口永良部・阿蘇−”を2015年度から立ち上げた。各火山において地震観測,測地観測,地磁気観測,火山ガス測定を実施し,水蒸気噴火後の過程で発生するさまざまな現象を捉え,これらの観測結果を比較することにより,水蒸気噴火後の活動推移予測の精度を高める研究を開始した。水蒸気噴火に至る過程で発生した事象から共通するものを抽出し,水蒸気噴火準備過程のモデルを構築するための基礎材料とすることもこの課題の目的である。
 口永良部島では,2014年8月3日の噴火後から二酸化硫黄放出量の増加,口永良部島の新岳を中心とする膨張,山麓での火口側隆起の地盤変動,火山性地震の多発,有感地震の発生,と段階的に進行し,2015年5月29日の噴火発生に至った。この噴火で我が国の火山において初めての特別警報(噴火警戒レベ5)が発表され,島外への避難が行われた。6月18日にもやや小さい規模の噴火は発生したが,それ以降に噴火は発生していない。この噴火の1日前から火山性地震が多発しており,火山性地震観測は有効な火山活動状況の評価材料になりうる。その後の観測で,二酸化硫黄放出量の著しい減少,地盤変動はほぼ停止,火山性地震は発生し続けているもののその活動状態は2015年5月の噴火の直後よりも低く,段階的に火山活動は沈静化している。
 口永良部島で噴火直前に観測されたガスの放出率の変化と地盤変動は変化は,火道・火山体浅部に熱水系を有する火山に共通する可能性が高く,御嶽山,阿蘇山のみならず他火山との比較を通じて検証していく必要がある。また,マグマ噴火を主体とする火山においても同様の変化が期待されるので,多項目観測による事例を積み上げる必要がある。多くの火山で火口近傍の観測が徐々にではあるが強化されており,様々なデータセットを使い,噴火までの準備過程と噴火の分岐条件を明らかにすることは非常に重要である。いずれの火山においても,観測機器が被災しても安全に観測実施可能な手法を同時に開発していくことも重要である。

成果リスト

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