Home火山の喷火を诱発するメカニズムの解明へ挑む！
大学院総合科学研究科环境自然科学讲座 (なみき あつこ)准教授
に聞きました（取材: 広報グループ 2016.7.13）
はじめに
火山を中心に、地球科学について研究している并木敦子准教授。マグマの模拟物质（水あめ）を用いた振动実験を行い、喷火を起こす诱因となり得るスロッシング（※）が起こりうることを初めて明らかにしました。また、実験结果に基づき、マグマ中の気泡が崩壊する条件を解明しました。富士山の宝永喷火を例に、喷火が宝永地震により诱発された可能性を定量的に推定しました。この研究成果は、2016年6月にオランダ科学誌『贰濒蝉别惫颈别谤』で発表されました。
※スロッシング: 液体を入れた容器を振動させた場合、内部の液体が大きく揺すられる現象
掲载论文は
今回の発见は、大地震が火山の喷火を诱発するメカニズムの解明につながると期待されます。现在の研究内容や今后の展望について并木先生にインタビューしました。
研究テーマは固体地球物理学
固体地球物理学とは、地球内部の构造や动きと、そこから引き起こされる现象を研究する分野です。研究対象は幅広く、地球の内部构造だけでなく、地震や火山、プレートテクトニクスなども包括します。并木先生は固体地球物理学が専门で、特に火山の研究に力を注いでいます。
「私の専门分野は物理の言叶では『流体力学』と呼ばれます。『流体』と闻くと水や空気を思い浮かべる方が多いかもしれません。実际、流体力学を専门とする物理学者は、液体や気体の研究をされている方が多いので、私の分野は特殊ですね」と先生。流体力学の分野で、粘性率が高い固体地球を研究対象にしている研究者はとても少ないそうです。
水あめを使ったマグマ実験
2000年に起こった有珠山?叁宅岛の喷火をきっかけに火山の研究に兴味を持ったと言う先生。先生はどのように火山の研究をしているのでしょうか。その方法はとてもユニークです。水あめやスライムなど身近にあるものを使い、「マグマがどう流れるか」「どのように火山灰に変化するか」などを実験しています。「水あめの流れ方は、マグマの流れ方に似ているんですよ。粘度の调整がしやすいところもポイントです」と先生。一口に「マグマ」と言っても、玄武岩质マグマはサラサラ、流纹岩质マグマはドロドロといったように、マグマは性质によって粘度が异なるため、水の量を変えて粘度を调节します。
マグマ上昇メカニズムの理解には、水あめの流れ方だけでなく、“硬さ”が影响します。粘性率计と呼ばれる装置に水あめをはさみ、上からねじりをかけて、水あめの硬さを测ります。「この装置でねじるのに必要な力の大きさと、ねじれた量を测ります。软らかいものは小さい力でたくさんねじることができ、その反対に硬いものは大きな力をかけてもねじれません」と先生。
実験?计测?解析により、喷火が「なぜ起こるのか」「どう起こるのか」という、喷火の仕组みの解明に挑んでいます。
実験に使う水あめを手にする先生
マグマ溜まりでスロッシングは起きるのか！？
スロッシングとは、液体を入れた容器を振动させた时に、内部の液体が大きく揺すられる现象のことです。先生がスロッシングと火山を结びつけて考えるようになったきっかけは、たまたま目にしたテレビの映像だったそうです。「地震の后に、石油タンク内でスロッシングが起こり、石油が漏れたり、盖が破损したりするなど、タンクが破壊されたニュースを见ました。その时に、火山の下のマグマ溜まりでもスロッシングが起きるのでは？とふと思ったんです」と、先生。
スロッシングは液体の上に隙间がないと起きません。これまで、マグマ溜まりは地下深くにあるため、マグマが空洞を満たしており、隙间がないと考えるのが一般的でした。それにもかかわらず、なぜ先生はマグマ溜まりでもスロッシングが起きるかもしれないと考えたのでしょうか。「以前は、爆発的喷火を起こす前にマグマ内の気泡をいかにつぶすかという研究をしていました。その経験から、『マグマ溜まりの上部に気泡がある场合、気泡がつぶれれば、隙间が生まれるはず』と考えたんです」と先生。そして、「揺れにより気泡がつぶれる」と仮説を立てて、水あめをマグマに见立てた振动実験を行い、仮説が正しいことを见事に証明しました。振动実験では、容器の上に隙间が无くても振动で気泡が消え、隙间ができたことによりスロッシングが起きたことを确认。先生は世界で初めて、マグマ溜まりでスロッシングが起こりうる可能性を実証しました。
振动実験によりスロッシングを确认
地震と火山の関係解明に一歩前进
火山喷火を诱発する可能性はいくつかあり、マグマ溜まりで発泡が起きたり、温度が异なるマグマが混合したりすると、喷火の活性化につながると考えられています。
振动実験の结果、揺れにより気泡がつぶれることが确认されましたが、これがマグマ溜まり内で起きるとどうなるのでしょうか。スロッシングが起こる可能性はもちろん、発泡が起こることが予测されます。これは、気泡がつぶれてガスが放たれることにより、マグマ溜まりの圧力が下がってマグマに溶けていたガスが気体となるためです。また、水あめを用いた振动実験では、スロッシングにより粘度が异なる水あめが混合する现象も确认できました。このことから、スロッシングにより喷火しやすくなることが説明できます。
先生は、揺れが火山喷火の活性化を引き起こす可能性を初めて実証し、地震と火山喷火の関係解明に有力な手がかりを示しました。
手作りの装置で解明に挑む！
固体地球物理学を専门とする研究者は数が少ないうえ、先生のように実験的アプローチをとる研究者はとても少ないため、「确立した実験方法や手顺がない」と苦労を语る先生。「装置がないため自作することが多いのですが、手作りのせいか装置が実験中に壊れてしまうこともあり、なかなか全部うまくいくことがない」と苦笑します。「その分、実験がうまくいった时や、データがとれた时は、とても嬉しくてやりがいを感じます」と微笑む先生。「自分の予想どおりのデータがとれた时はもちろん、予想とデータが违っていても、新たな発见があることが面白い」と研究の醍醐味を语ります。
喷火の温度や圧力を测る実験装置
水あめの硬さの测り方を説明する先生
「人とのつながり」を大切に
「研究は一人の力ではなく、周りの助けがあってこそ」と先生。実験装置は自作の他に、学内のものづくりプラザに製作依頼をすることが多いそうです。「スロッシングの振動実験は、ドイツ?GFZ Potsdamの研究者エレノア?リバルタ氏の協力がなければ実現しませんでした。またカリフォルニア大学バークレー校と共同でチリのエルタティオ間欠泉の研究を行っているのですが、カリフォルニア大学の研究者が現地の人と連絡をとり、調整をしてくれたおかげで現地観測を行うことができました。国内でも、他の研究者と協力しあって、共同研究を進めています」と研究者同士のつながりの大切さを語ります。
今后の展开
火山の喷火のメカニズムは未解明な部分が多いです。そのため、「これからも、喷火予测に贡献できる基本的な物理の研究を続けたい」と先生。「マグマの流れ方や上がり方などを测り、理论を组み立て、喷火が起きる条件をもっと解明したい。喷火の基本的な仕组みを理解し、なぜ喷火が起きるのかを探りたい」と意気込みを语ります。
この夏、先生は再びドイツの研究機関?GFZ Potsdamに行き、今度はマグマがどう上昇するかの実証実験を行うそうです。他にも、火成岩の硬さ測定や、噴気孔内の撮影など今まで誰もやってこなかったことにチャレンジします。
火山の他には、本学理学研究科の片山郁夫先生と、地震の共同研究の话がでているそうです。「授业があるため、研究に十分な时间を取るのは简単ではありませんが、気の合う仲间と楽しく研究できています」と微笑む先生。「物理が好きで、地球で起こる现象を物理で説明したい」と研究を始めた先生の挑戦は、今后も続きます。
今后の研究の展望について语る先生
あとがき
「他の人と违うことをやる」をモットーに研究している并木先生。谁もやったことがない実験に挑むチャレンジ精神と行动力に感铭を受けました。种类の异なる火成岩に実际に触れたり、水あめの流れ方を见たり、创意工夫がこらされた手作りの実験装置を见学したりして、火山研究の世界にすっかり魅了されました。日本は地震多発国であり、火山の喷火も多いです。地震と火山の関连性はまだ未解明の部分も多く、研究の必要性?重要性を感じました。先生の研究が进み、火山や地震のメカニズム解明がされることを期待しています！(贵)
