EARTH

 

あなたは、巨大地震が来ると思っていますか?

来ると思う人は、備えができていますか?

来ないと思う人は、その根拠がありますか?

地球の内部って、思ったより複雑なんだけど、

思ったよりも規則性があると私は考えているんですよ。



著者プロフィール
後藤忠徳(ごとう ただのり)

大阪生まれ、京都育ち。奈良学園を卒業後、神戸大学理学部地球惑星科学科入学。学生時代に個性的な先生・先輩たちの毒気に当てられて(?)研究に目覚める。同大学院修士課程修了後、京都大学大学院博士後期課程単位取得退学。博士(理学)。横須賀の海洋科学技術センター(JAMSTEC)の研究員を経て、2008年から京都大学大学院工学研究科准教授。光の届かない地下を電磁気を使って照らしだし、海底下の巨大地震発生域のイメージ化、石油・天然ガスなどの海底資源の新しい探査法の確立をめざして奮闘中。著書に『海の授業』(幻冬舎)、『地底の科学』(ベレ出版)がある。個人ブログ「海の研究者」は、地球やエネルギーにまつわる話題を扱い評判に。趣味は、バイクとお酒(!)と美術鑑賞。

 

知識ゼロから学ぶ

地底のふしぎ

 

第15話

火山噴火予知は可能か?(3)

文と絵 後藤忠徳

火山噴火シリーズの第3回目、今回は噴火の際に、火山の下では何が起きているのか? を考えてみましょう。地震や地殻変動の観測から、その様子は(おぼろげではありますが)分かってきています。

図1. 2011年の新燃岳(九州南部)の噴火の様子。夜間の火口付近を撮影したもの(注1)。点々と輝いているのは噴火したての噴石。また中央で横方向に伸びる「白い糸」のようなものは、カメラのレンズにくっついたホコリではなく、噴火にともなって発生した雷(火山雷という)。

◎火山の噴火と地震の関係

まずは火山の下の地震活動に注目してみましょう。ここでは2つの例を紹介します。1つ目は桜島(鹿児島県)の直下の地震活動についてです。桜島は活発に噴煙を上げ続けている活火山で、鹿児島市の市街地のすぐそばにあることで有名です(図2)。
桜島の北側には、2万数千年前の火山の活動によってできた大きな凹地があり、「姶良カルデラ」と呼ばれています(現在は鹿児島湾の一部になっています)。桜島は姶良カルデラができた後に、カルデラの南の縁で成長した火山です。

図2. 活火山である桜島の位置(Google Mapに加筆)。

桜島や姶良カルデラの下の地震活動について調べてみると、興味深い変化があることが分かりました。火山の近くの浅い所で起きる地震(深さ10kmより浅い地震)は火山性地震と呼ばれています。
図3の右上・右下に、桜島での火山性地震の発生地点(震源)の分布を示しました。図中の白い丸は1988年以前の震源、黒い丸は2001年~2004年の震源です。黒い丸のほうが、白い丸よりも地下の浅い所に集まっています。すなわち、2001~2004年の火山性地震は、それ以前よりも浅い所で起きていることが分かります。火山性地震の発生数(一か月ごと)も見てみましょう(図3左上)。1995年~1999年頃までは地震活動は盛んですが、2000~2002年頃までは地震活動が低くなります。2002年以降は再び地震活動が盛んになります。

図3. 1995年以降の桜島の火山性地震(A型地震)の月別発生回数の推移(左上)と、同期間の震源分布(右上=平面分布、右下=断面図に投影)。右図中の○は1988年以前の震源、●は2001年~2004年の震源。左下は地殻変動と火山灰量から推定された桜島へのマグマ供給積算量の推移。2006年に噴火が発生。以上、京都大学による(注2の図6に加筆)。

はてさて、これらの地震活動の変化は何を示していたのでしょうか?謎解きをしてみましょう。まず図3の左下のグラフを見て下さい。これは桜島の山そのものの変形の様子と、桜島から噴出した火山灰の量から推測した、桜島火山へのマグマの供給総量(積算量)の変化です。地下から毎月同じ量のマグマが供給されていると、グラフは直線的に右肩上がりになります。地下からの供給量がストップすると、グラフは横ばい状態になります。このグラフからは、2000~2002年頃はマグマの供給がほぼストップしていたことが分かります(図3の黄色い矢印)。
2002年以降は再びマグマが供給され、2006年6月4日には噴火が観測されています。1946年に溶岩が流れ出た火口(昭和火口)から、58年ぶりに噴火が発生したのです。

◎火山の中で何が起こった?

2006年の桜島の噴火に至る様子と地震活動の変化を照らし合わせると、火山内部では次のようなことが起きていたと考えられます。

同様の地震活動の変化は、他の火山でもみられます。2つ目の例として長野県・群馬県の境に位置する浅間山での地震活動を見てみましょう。2004年の浅間山の噴火では、噴火の直前に山頂直下(深さ数百m)で多数の地震活動が観測されました。
このように極めて浅い地震活動は、火山以外ではほとんど観測されません。火山の下にはマグマが蓄積されているところがあり、マグマ溜まりと呼ばれています。マグマ溜まりに蓄えられていたマグマが地表に向けて上昇する際に、上昇するマグマが周辺の岩盤を押し広げるために、浅い地震活動が活発になるのだろうと考えられています。この特性を利用することができれば、火山がいつ噴火するかを予測することができそうですね。
ちなみに火山の周辺で起きる特異な地震としては、「火山性微動」や「低周波地震」も有名です。前者は揺れの始まりや終わりがはっきりしない地震です。揺れ始めから揺れ終わりまで数日以上続くものもあるそうです。
後者の「低周波地震」は字だけ見ているとなんとなく健康に良さそうですね。確かに地面の揺れもさほど激しくありません。低周波地震とは、1秒間に数回しか揺れず、長く継続する地震です。なぜ火山の下で低周波地震が起きるのか、その理由は完全には解明されてはいませんが、おそらくマグマやマグマから分離した水といった「液体」が重要な役目を果たしていると考えられています。これらの特異な地震活動も、火山の噴火の予測に役立つと考えられています。

図4. 2004年浅間山噴火で発生した火山性地震(2004年9月末~2005年1月に発生したもの)の震源分布。紫色の震源は噴火直前に発生。右下は地震活動や地殻変動から推定されるマグマ溜まりのイメージ図。東京大学による(注2の図1より)。

地震活動だけでなく、火山そのもの変形(地殻変動)の様子も火山噴火と密接な関係にあります。再び桜島を例に取り上げましょう。本連載の「想定外と想像内」編(第9話・第10話)でも登場していますが、カーナビに活用されているGPSを利用すると、地殻の変形をミリ単位で測ることが可能です。桜島とその周辺でGPS観測を行って、地殻の変動を解析した結果を図5に示しました。
1996年~2007年の11年間に、地面が数cm~10cm程度移動していることが明らかとなりました(図中の黒い矢印)。まるで姶良カルデラを中心として、地面が「逃げていっている」ように見えますね。おそらくは姶良カルデラの地下にマグマが溜まっていて、そのために岩盤がカルデラの外側に押し広げられているのでしょう。
試みに、姶良カルデラの地下11kmに8000万立方メートルのマグマを(注射器で)ギューっと注入してみましょう。東京ドームに約65杯分の量になります! そんな大量のマグマを実際に地下に注入するのはもちろん不可能ですから、あくまで計算の上のお話です。
この場合、地殻の変動は図5の灰色の矢印のようになるはずです。黒色の矢印(観測)と灰色の矢印(予想)はピタリと一致してはいませんが、概ね一致していると言えそうです。つまり姶良カルデラの地下11km付近にはマグマ溜まりがあり、マグマの溜まっている量が11年間で8000万立方メートルも増えたために地殻が変形したとかんがえることができます。桜島の地下では刻一刻とマグマが溜まっているわけですね。

図5. GPS観測により明らかとなった桜島での地殻の変動(約9年間の水平方向の移動量)。白丸が観測点の位置、黒色が観測値、灰色は予測値。井口ほか(2008)より。
http://www.dpri.kyoto-u.ac.jp/nenpo/no51/ronbunB/a51b0p25.pdf

◎火山の形の変化に注目

火山の周りの地殻の変形を連続的に観測し続けていれば、火山噴火のタイミングも分かるかもしれません。実際に、2000年の有珠山(北海道)での噴火の際には、噴火直前に地殻変動が大きくなり、噴火直後には小さくなりました(図6)。観測開始から噴火開始直前までの60時間の間に、地殻の変形量は1mを超えていたそうです。
また、2011年の新燃岳の噴火の際(図1)にも、約7km離れた2地点間の距離が1 年間で約3cmも 広がりました。データ解析の結果、深さ約8km にマグマ溜まりがあって、それが噴火前に地殻を変形させていたようです。地震活動の変化と合わせて、火山周辺の地殻変動の様子も監視しておけば、火山活動を監視することができそうです。

図6.2000年有珠山噴火の前後での地殻変動の様子。12時間おきの変形を黒い矢印で表示。高橋ほか(火山, 2002)の図に加筆。
http://ci.nii.ac.jp/vol_issue/nels/AN10512786/ISS0000165007_ja.html

以上の地震活動や地殻変動の様子と、火山内部で起きていることをイラストにまとめると図7のようになると考えられています。

図7.火山噴火の前には、火山性地震が増加し、地殻が変形する(概念図)。
地下深くから供給されるマグマは、まずマグマ溜まりにたまります。マグマ溜まりに過剰なマグマが供給されると、火山性地震が増加します。さらにマグマの一部が火山山頂へ向けて上昇を始めると、マグマが岩盤を押し広げるために、地下の浅いところでも地震活動が活発になっていきます。地震活動の変化と同時に、マグマの増加や上昇にともなって、火山自体が膨らみ、地殻が変形していきます。
ここまで読み進めると、火山噴火予知はたやすくできそうです。しかし現実は異なりました。なぜ御嶽山の火山噴火予知はできなかったのでしょうか? 次回に続きます。


注1:物理探査ニュースNo.12(2011)表紙より。撮影は柚木耕二氏。 http://www.segj.org/letter/news_no12.pdf


注2:第7次火山噴火予知計画の実施状況等のレビューについて(報告)より。
http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/gijyutu/gijyutu6/toushin/attach/1333356.htm


つづく

【バックナンバー】
第1話 世界一深い穴でもまだ浅いのだ
第2話 「マグニチュード9.0」ってなに?
第3話 マグニチュードがだんだん増える?
第4話 地震計は命を救う
第5話 地震科学は失敗ばかり?
第6話 地中の埋蔵金の探し方(1)
第7話 想定外と想像内の狭間で(1)
第8話 想定外と想像内の狭間で(2)
第9話 想定外と想像内の狭間で(3)
第10話 想定外と想像内の狭間で(4)
第11話 地中の埋蔵金の探し方(2)
第12話 地中の埋蔵金の探し方(3)
第13話 火山噴火予知は可能か?(1)
第14話 火山噴火予知は可能か?(2)