【研究領域課題番号】18H01305 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

重力 / 地殻変動 / 宇宙線透視 / マグマ / 火山 / 火道 / 火山噴火

【研究成果の概要】

観測面では、重力、地殻変動、及びミューオン透視観測が３本柱である。重力については、桜島の重力連続観測を令和１年４月から７月まで実施した。また、重力変動の誤差要因となる地下水についても、その潮汐成分を推定するために、桜島有村観測坑道の観測井における地下水位データを取得した。また、土壌水分の時間変化を推定するのに必要な毎時降水量データを国土交通省より取得した。これらのデータから、土壌水分変動に起因する重力擾乱をKazama and Okubo(2009)の方法で見積もった。地殻変動については、京大防災研究所による連続観測（歪・傾斜）を桜島において継続した。ミューオン観測については、桜島に設置済みの装置の受信面積をさらに増強した。
理論面では、火道内をマグマが上昇・下降する際に生じる地殻変動の定量的モデルを構築した。現実的な物性定数を仮定すると、一定量のマグマが地下深部からマグマ溜まりに注入されたときに生じる地殻変動は、開口火道系の場合、閉口系のそれに比して5％程度と極めて効率が悪いことが示された。他方、重力変動の大きさは、開口火道系であっても閉口系と同程度であることも明らかになった。
上記の理論にもとづき、今年度及びそれ以前の観測データとから、重力の時間変化から桜島におけるマグマ頭位を計算した。その結果を、桜島火口方向の傾斜・歪から推定される山体の膨張・収縮と対比した。その結果、山体膨張（収縮）に対応して、そのの１～３日後に火道内マグマの頭位の上昇（下降）が生じていることが分かった。これは深部のマグマだまりから浅部火道へのマグマ注入にともなう事象をとらえていると考えられる。マグマの上昇に要する時間スケールも１～３日程度と見積もられる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2022-02-01 - 2023-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究領域課題番号】18H01290 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山 / 水蒸気噴火 / 気体単体水銀 / 側噴火 / 草津白根山 / 土壌気体水銀 / 火山噴火 / 火山モニタリング / 熱水系 / 火山防災 / 破砕帯 / ヘリウム同位体比 / 草津白根火山 / 水蒸気爆発 / 気体水銀（GEM） / モニタリング / 地下浅部温度

【研究成果の概要】

予測が困難とされる水蒸気噴火について，その前兆活動を捉えるために火山表面から揮発している気体水銀に注目した．水銀放出率は，地下熱水の温度変化に反応してへ変化するが，地表面付近の環境要因の影響を強く受けるという欠点があった．草津白根火山における連続観測の結果，見かけ上の水銀放出変化の中から，火山活動に起因する変動を抽出することが可能となった．本知見を用いて草津白根山における多点観測を実施した結果，火山活動の影響がない領域よりも2-7倍に相当する水銀放出活動が存在することを見出した．本研究で構築した補正手法により，火山における僅かな水銀放出や，その時間変動を明瞭に捉えることが可能である．

【研究の社会的意義】

活火山で発生する水蒸気噴火は，周辺 1-2 km 以内に大きな噴石を落下させ，そこに滞在している登山者や事業者に甚大な被害を与える．本研究では，水蒸気噴火に先行する地下温度上昇を，地表において気体水銀放出率を観測することで検出する新しい方法を構築した．本研究の主たる成果は，水銀放出率に影響する地表面付近の温度効果を定量的に明らかにしたことである．この知見に基づき，火山活動としての水銀放出を高い信頼性のもとでモニタリングが可能となる．今後は草津白根山などの火山において実際の観測に適用することで，本手法の有効性を実証的に検討する．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)

【研究分野】自然災害科学・防災学

【研究領域課題番号】17K01323 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山噴火 / 数値モデル / 降灰 / サーマル / 流体力学 / 火山 / 乱流混合 / 防災 / 噴煙 / 火山灰 / 災害予測 / 火山災害 / 数値計算

【研究成果の概要】

火山の爆発的噴火では、大気中に滞留する火山灰が航空機運航の障害となり、地表への降灰は大規模な災害を発生させる。そのため、火山灰の大気中での拡大速度と降灰のタイミングを高い精度で迅速に予測することが防災上求められている。火山噴煙の３次元モデルを構築し、数値シミュレーションを実施した。その結果、高頻度で起こる瞬間的爆発噴火の噴出条件と噴煙高度の関係を推定した。また、阿蘇中岳2021年噴火やトンガ2022年噴火の噴煙の上昇や拡大を再現した。

【研究の社会的意義】

活動的火山が多く存在する日本において、爆発的火山噴火の災害予測を高精度で行うことが求められる。そのためには、より現実的な数値モデルを構築し、数値シミュレーションによって過去の噴火事例の再現や将来起こりうる噴煙災害の予測をすることは重要である。本成果は、火山災害予測の高精度化に向けての準備に大きな貢献をした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】17H00777 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山活動 / 炭酸塩 / 地球化学 / 質量分析 / 火山噴火 / 微量元素 / 古環境試料 / 海洋科学 / 火山 / 気候変動 / 環境分析

【研究成果の概要】

本研究は、古環境試料の年代測定と元素・同位体分析を組み合わせることで、過去の巨大噴火履歴の復元を目指した。U-Th放射非平衡年代測定法を駆使して、過去の大規模噴火時期の年代を持つ石筍試料を入手した。LIBS（レーザーを用いた元素分析装置）を導入し、過去の大規模噴火・火山活動の情報を記録していると考えられる石筍等の炭酸塩試料の分析手法を開発した。そして、微小領域を分析可能な他の装置と組み合わせて微量元素を測定し、濃度分布・異常と火山活動の関係を調査した。また、過去と現在の火山活動を比較するため、箱根山などの火山を観測して活動を評価した。

【研究の社会的意義】

これまで、火山活動や巨大噴火は大気海洋へ物質を供給し、生物の繁栄・絶滅などに影響してきた。その活動履歴を復元することは、地球環境や生物の進化史を紐解く上で重要な意義を持つ。本研究では炭酸塩試料の分析手法を開発して、いくつかの強力な手法と組み合わせることで、火山活動の活発化に関係する可能性がある元素濃度の異常などを検出した。また、過去の火山活動と比較するため現在活発な火山の調査も行った。得られた研究成果は、過去・現在の火山活動の地球環境への影響を解明するために役立つ、学術的・社会的意義の高いものであり、学術誌や学会において随時報告を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】43,420千円 (直接経費: 33,400千円、間接経費: 10,020千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】16H02221 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山 / 固体地球物理学 / 地質学 / 火山噴火 / 西之島 / 海洋島火山 / 遠隔監視システム

【研究成果の概要】

2013年11月に始まった西之島の噴火は2018年7月の小規模噴火に至るまで継続し，噴出量は1億m3を超える近年の国内では最大規模の噴火となった．この噴火活動に対し，数回に亘る多項目遠隔調査及び2016年10月の上陸調査，島内に設置した地震・空振観測，周辺海域での海底地震観測，海底電位磁力観測，離島火山モニタリングシステムによる調査を実施した．この調査により， 長期の噴火活動の推移，噴火に至るマグマ上昇プロセスや，噴出したマグマは島弧の安山岩としてはやや高温かつ低斑晶量であること，西之島山体下の浅部とより深部にマグマ溜りが存在することなどを解明し，西之島形成のプロセスを明らかにした．

【研究の社会的意義】

西之島の火山島形成プロセス，特にその噴火に至るマグマ上昇過程やマグマ供給システムの一端を，地球物理学的観測と物質科学的調査により明らかにしたことは，新たな火山島形成が世界的に見ても希な現象である事からも，学術的に高い意義を持っている．さらに，本研究において，Wave Gliderを用いた離島火山モニタリングシステム及び遠隔離島地震・空振観測装置が有効である事を示した事は，今後の海洋島の火山活動監視に新たな有力な観測手段を提供したものであり，火山防災上も意義の高い成果である．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】34,450千円 (直接経費: 26,500千円、間接経費: 7,950千円)

【研究分野】自然災害科学・防災学

【研究領域課題番号】16K12847 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

天変地異 / 地震 / 火山噴火 / 風水害 / 自然災害 / 泥雨 / 明治時代 / 防災 / 火山 / 黄砂

【研究成果の概要】

明治初期（おおむね明治20年まで）に発生した地震・火山噴火・その他自然災害（天変地異）について，カタログを作成した．この時期は，国の機関などによる体系的な観測および情報集約がおこなわれておらず，未知の事件が学問的には記録されないままになっている可能性がある．抽出した情報をデータベース化し，時系列や地域による並べかえ，検索などが容易にできるように工夫した．このデータベースはWeb上で公開した．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)

【研究分野】自然災害科学・防災学

【研究領域課題番号】15K01246 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火砕流 / 噴火 / 粉体 / 摩擦 / 火山 / 火山噴火 / 堆積 / 粒子 / 堆積物

【研究成果の概要】

大規模火砕流の挙動を表現するための二次元数値モデルの改良を行った。流走過程におけるマニング型摩擦則と減速・停止過程におけるクーロン型摩擦則の役割および導入の効果について明らかにした。火砕流堆積物の温度、層厚、ガス量等の条件に依存した、堆積物の冷却・溶結モデルを改良し、火砕流の溶結構造の形成過程と、噴火推移の時間スケール推定に応用した。代表的な大規模火砕流および中小規模火砕流について、観察記録や堆積物をもとにそれらの発生、流走、堆積過程や物理量を明らかにし、噴火推移を復元した。これらの火砕流現象の解明をもとに、噴火プロセス全体の理解を進展させ、災害現象とその評価手法について考察した。

【研究の社会的意義】

数値モデル改良は、シミュレーションによる火砕流分布域の推定精度向上や、ハザード評価に貢献するものである。近年の噴火事例をもとに解明した中小規模火砕流の噴出量・噴出率と流走距離との関係は、数値モデル検証のためにも活用できる。鬼界カルデラの大規模噴火については、火砕流発生のタイミング、発生様式などが明らかになった。堆積物の溶結・冷却モデルと堆積物解析にもとづき、プリニー式噴煙柱崩壊後、大規模火砕流の発生に至るまで、日または週のオーダーのギャップがあった可能性を示した。この結果は、大規模噴火の推移の理解を進めるとともに、災害の規模や時間スケールの評価にも活用できるものである。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】26287103 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

無人ヘリコプター / 火山噴火 / 火口近傍観測 / 災害軽減 / 火山性地震 / 空中磁気 / 地殻変動 / 赤外画像 / 火山 / 噴火予測 / 火道内プロセス

【研究成果の概要】

活動的火山において、マグマの上昇経路である火道内の物理プロセスを解明し噴火予測精度を上げることは火山防災上極めて重要である。しかし研究者が火口近傍に近づいて観測を行うことは噴火の危険があるために困難である。そこで、自律型無人ヘリコプター（無人ヘリ）をベースに，空中からの映像撮影や磁場などのデータ収集、地震計などの観測装置の設置、火山灰などの試料採取を遠隔操作で行うことのできる「無人ヘリ火山観測システム」の開発を行った。活発な活動を繰り返す桜島や近年噴火した霧島，口永良部島および小笠原諸島の西之島を主実験場として無人ヘリ観測手法の改良・高度化を行った。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】25287115 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山 / 噴火 / 火山ガス / 火山噴火 / 火山ガス放出量 / 火山ガス組成

【研究成果の概要】

火口近傍に接近困難な桜島火山での火山ガス組成観測を実現するために、火山ガス感応起動型連続観測装置およびセスナ機を用いた飛行観測手法を確立し、桜島火山ガス組成の特徴を把握した。その結果、通常火山ガス放出時と連続噴煙活動中の火山ガス組成の変化を把握した。浅間山および三宅島における連続観測および繰り返し観測に基づき、長期的な火山ガス放出率の変動に伴う火山ガス組成の変化を把握した結果、噴火活動を伴う火山ガス高放出率時期においても、低放出率時期と顕著な組成の変動はなく、火山ガス放出条件の温度・圧力に変化はないと推定された。特に三宅島では組成変化は地表近傍での地下水との相互作用の変化が原因と推定された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)

【研究分野】自然災害科学・防災学

【研究領域課題番号】25750142 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山噴火 / 噴煙 / 火山灰 / 災害予測 / 数値モデル / 火山災害 / 火山噴煙 / 数値シミュレーション / 大型計算機 / 火山

【研究成果の概要】

爆発的な火山噴火では、噴煙が大気中を拡大し、火山灰が地表に堆積する。噴煙拡大ダイナミクスと火山灰降灰メカニズムの理解を目的に、数値の開発と、それを用いた大規模数値シミュレーションを行った。任意の大気条件の中で噴煙の流体成分と火山灰粒子を同時に解く３次元数値モデルを開発し、計算プログラムの高速化を行った。その結果、大規模噴火（ピナツボ1991年噴火）、中規模噴火（ケルート2014年噴火）、小規模噴火（新燃岳2011年噴火）といった幅広い噴火事例の噴煙高度や堆積分布などの観測データを再現することができた。また、噴煙高度に与える風の影響を定量化し、単純なモデルに必要な経験的パラメータを決定した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】自然災害科学

【研究領域課題番号】23310120 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山 / 自然災害 / 地熱 / 地下構造 / 噴火予測 / 噴火未遂 / 火山噴火 / 揮発性成分

【研究成果の概要】

噴火未遂をしばしば起こしている火山の構造を調べた結果，火口直下に地下深部のマグマから分離上昇した火山ガスと地下水が混合する熱水たまりが存在し，その気液比は火山活動の消長に伴って変動していることがわかった．熱水の一部は地表を覆う熱変質層の隙間から噴気として地表に噴出し，一部は帯水層を通して周辺に温泉水として広がっている．電磁気探査によって得られる電気伝導度分布から火山ガスの散逸量を推定した結果，雲仙火山のマグマに含まれる揮発性成分の多くが，帯水層を通して散逸していることが明らかとなった．この結果は，マグマからの脱ガスが，爆発的な噴火の阻害や噴火未遂を起こす原因となっていること示す．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】19,890千円 (直接経費: 15,300千円、間接経費: 4,590千円)

【研究分野】自然災害科学

【研究領域課題番号】22710171 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山噴火 / 火山モニタリング / 火山 / 噴気地 / 熱流量 / 火山ガス / 放熱率 / 噴火 / 放熱量

【研究成果の概要】

火山活動監視能力を強化するために,噴気地の熱流量モニタリングを目的とした,全く新しい熱流計測装置を開発した.本装置は,氷箱熱流計測の原理を応用し,火山ガスが運ぶ伝導伝熱,対流伝熱および潜熱を電気的に測定する.本装置を用いて現地観測を行ない,氷箱熱流計測法との比較するために,箱根火山に観測定点を設けた.また,噴気地全体からの総放熱量を測定するために,箱根火山に置いて航空機を用いた空中赤外観測を行った.実際の火山で観測を行うことで,本装置の有効性を検証することを期待している.

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】21540432 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山現象 / 火山噴火 / InSAR / 人工永久散乱体 / 地殻変動 / マグマ上昇過程 / 火山の地殻変動 / 火山

【研究成果の概要】

干渉合成開口レーダー(InSAR)は様々な地殻変動の解析に用いられている.特に面的な地殻変動を捉えるには最も有効な手法である.本研究では,国内で最も活発な火山の一つである諏訪之瀬島において,InSARを用いて地殻変動を観測したが,火山活動が活発だったにも関わらず明瞭な地殻変動は無かった.諏訪之瀬島に代表されるような開口系火道を持つマグマ供給システムの性質ではないかと考えられるが,これを実証する為にも,さらに精度のよい観測研究を行う必要がある.

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】自然災害科学

【研究領域課題番号】20710137 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山噴火 / 火山 / 乱流混合 / 数値計算 / 大規模シミュレーション / 自然災害 / 火山噴煙 / 火山災害

【研究成果の概要】

爆発的な火山噴火では火山灰と火山ガスからなる噴煙が大気中へと放出される.本研究では,噴火の強さと噴煙高度の関係,及び,噴火の強さと火砕流の発生条件を3次元数値シミュレーションによって求めた.また,その結果を基に,大規模計算を行わなくても簡易に噴煙高度や火砕流発生条件を見積もれる1次元解析モデルを改良することに成功した.

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)

【研究分野】自然災害科学

【研究領域課題番号】19710150 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山噴火 / 津波 / 密度流 / 自然災害 / 地質学 / 堆積学 / 地球物理学 / 防災 / 火山

【研究成果の概要】

火山性密度流の海への突流入に伴い発生する津波の規模や,密度流の動きを支配する物理パラメータを明らかにするために,二層流モデルにもとつく水理実験と数値実験を行った.その結果,津波の発生効率には密度流の流量が大きく寄与すること,密度流の動きには主に底面摩擦抵抗が大きく効くことがわかった.また,モデルを1883年クラカタウ火山噴火に適用し,火砕流の海への突流入がこの噴火の津波発生機構として有力であるという結論を得て,モデルと手法の有用性を示した.

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】3,460千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 360千円)

【研究分野】自然災害科学

【研究領域課題番号】19310116 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山噴火 / カルデラ / 地下構造 / 大規模噴火 / 地熱活動 / 電磁気構造 / 火山体構造 / 火山 / 噴火

【研究成果の概要】

カルデラを生成するような大規模噴火は,マグマが地表に達することなく地下に滞留しやすい場において準備される.マグマの上昇を阻害する要因の1つにマグマからの脱ガスが考えられ,電磁気構造調査を実施した結果,マグマが地下に滞留しやすい火山周辺において火山ガスが帯水層を介して周辺に拡散していることを示唆する事実を得ることができた.温泉水の同位体水文調査では,火山地域のみならず非火山地域の特定の地域の温泉水にマグマからの脱ガスを示唆するスラブ脱水起源の成分が検知された

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)

【研究分野】自然災害科学

【研究領域課題番号】19310114 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山 / 噴火 / ロボット / システム / 野外実験 / 火山探査 / 火山噴火 / 野外走行実験 / 観測実験 / 防災 / MOVE / 機動基地局 / 近傍観測

【研究成果の概要】

危険な火山噴火現象の科学的理解と災害軽減と目的として、遠隔地から無線で操作することのできる火山探査ロボットシステムの開発を目指している。そのため特定領域研究「火山爆発」において制作した火山探査移動観測ステーションMOVEを核として、主として野外実験に基づいて開発のための課題と解決を探ろうとした。従来からの最大の課題として電波障害による無線操作の困難性がある。これを解決するため、本研究では車両の中に無線機や伸縮アンテナなどを搭載した移動基地局車を制作し、2009年の3月と10月の2回、阿蘇山と三原山において野外走行・観測実験を行った。その結果、無線操縦により、約2km離れた地点から山頂火口への移動が成功裏に行われた。ただし、実際にシステムを作り学術や防災のために役立てるには、更なる資金、人員の増加や運用組織の構築など、数多くの課題が残されていることも明らかになった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】19,760千円 (直接経費: 15,200千円、間接経費: 4,560千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】17253002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

千島弧 / 火山活動 / 火山噴火 / 地震活動 / 地殻変動 / マグマ / 火山ガス / 津波 / 千嶋孤 / 火山 / 千島列島 / 噴火 / 北方四島 / リモートセンシング

【研究成果の概要】

日露米の3ケ国により南千島ウルップ島から北千島パラムシル島で、ビザ無し専門家交流により日露で色丹・国後・択捉島で、火山学的および古津波調査を実施した。その結果、千島列島の過去1万年間の火山噴火履歴と、主要な噴火の噴火様式および特に南千島での津波の発生間隔を検討した。特に火山活動では、9500～6500 年前および4000～1000年前にカムチャッカ～北海道まで大規模な噴火が頻発したこと、またマグマ組成の広域変化が基盤構造の差異と調和的であることを始めて指摘できた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2005 - 2008

【配分額】42,380千円 (直接経費: 32,600千円、間接経費: 9,780千円)