【研究領域課題番号】19K14806 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山ガス / ドローン / Multi-GAS / 噴火 / UAV / 火山ガス組成 / 火山 / 無人航空機

【研究成果の概要】

火山活動推移の予測・評価のためには，噴火事象の進展を定量的に解釈する必要がある。近年の火山ガス組成観測から，深部マグマ溜まりからの火山ガス供給の増加が，噴火発生の要因であるという仮説が提唱されている。しかし，噴火時の測定には危険がともなうため，実際の測定例は非常に限られている。そこで本研究では，噴火時にも火口近傍に接近できるドローン搭載型の観測システムを開発し，噴火時に放出される火山ガス組成を観測することにより，噴火発生の要因となった火山ガスの起源を明らかにすることを目標とする。
本年度は，昨年度製作したドローン搭載用Multi-GASの試験機を改良した。使用するマイコンボードをArduino Unoに変更し，通信ボードも変更した。この改良版試作機を用いた試験観測を，京都大学火山研究センターの協力を得て，2022年1月に阿蘇山の中岳火口で実施した。しかし，現地でマイコンボードにトラブルが発生した。現在原因を調査中であるが，制御のマイコンボードに接続不良があること，制御プログラムにミスがあったことが原因として考えられる。コロナ禍で出張がままならず，試験観測が十分に行えなかった。来年度は上記トラブルを解決し，阿蘇山での試験観測を行い，装置を完成させる。また，他の資金による観測が箱根山や霧島硫黄山で実施できる可能性があるので，それらの機会に観測を実施し，本研究で製作した装置のテストを行う。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】17H02955 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山ガス / 噴火 / 火山 / 火山ガス組成

【研究成果の概要】

噴火を繰り返す火山において、マグマ脱ガス圧力の変化に敏感なガス組成の連続観測手法と解析手法の開発を行った。火山ガス中SO2/H2S比の大きな変動が2014-2015年の阿蘇火山の噴火中や噴火を繰り返している桜島において、噴火活動の変化に伴って観測され、火山ガス組成がマグマ脱ガス圧力の変動に敏感であることが示された。特に阿蘇火山においてはCO2/SO2比の変動との相関も同時に観測され、噴火中に火道内の異なる深さから気泡が上昇していることが示された。

【研究の社会的意義】

火山災害の軽減のためには、火山噴火の発生やその活動の変化に先立って起きる現象を把握することが必要である。本研究では火山噴火現象の推移や発生条件の変化を理解するために、噴火を繰り返す火山などで火山ガス組成変化の観測を行い、その変化原因を解析を行った。本研究では特にマグマの脱ガス圧力の変動に起因して生ずる火山ガス組成の変化に注目し、観測・解析を実施した結果、阿蘇や桜島の噴火活動期にはマグマ脱ガス圧力変動に起因すると考えられる、火山ガスのSO2/H2S比の大きな変動を検出した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)

【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】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】24540446 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山ガス / リモートセンシング / 分光 / 火山 / 可視化 / 応用光学・量子光工学

【研究成果の概要】

これまで，火山噴気に含まれるH2O（水蒸気と水滴）を遠隔測定で定量することは一般に困難であるとされてきた．本研究では，H2Oが赤外線を吸収することを利用して，噴気を通過してきた背景光の強度分布から，噴気中のH2Oを濃度分布として可視化することを目指してきた．本研究での検討の結果，この方法は，少なくとも我が国の多湿な大気環境ではうまくいかないことが明らかになったが，本課題の副産物として，紫外線分光でSO2を可視化する装置の改良ができた．また，軽量可搬型のラマンライダーによって噴気中の水蒸気と水滴を独立に定量することが可能になった．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【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】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)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】16684014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山 / 火山ガス / 噴火 / 遠隔測定 / ガス放出量

【研究成果の概要】

本研究課題では、火山からのガス放出量の短周期時間変動を測定するため、火山噴煙中の二酸化硫黄カラム量の2次元分布を測定できるような装置を新たに開発し、短周期変動について知見を得ることが目的である。CCDカメラに二酸化硫黄の紫外吸収帯のある波長域の紫外バンドパスフィルタを取り付けて観測することで、二酸化硫黄カラム量の2次元分布を可視化する方法を開発した。これにより、これまで難しかった、秒スケールでの二酸化硫黄放出量の測定が可能となった。
平成18年度の前半は、これまでの観測装置をさらに改良し、2台のCCDカメラに上記のバンドパスフィルターと二酸化硫黄吸収がない波長域のバンドパスフィルターをそれぞれ装着した。同時に撮像した2つのCCDカメラでの画像を合成することで、約2秒間隔で二酸化硫黄噴煙の分布の画像を撮影できるようになった。桜島火山の観測では、この新しい装置を用いて火山ガス放出率の秒スケールでの変動の様子を明らかにした。そして、二酸化硫黄放出率が数分の周期で平均値に対して±80%程度変動していることが明らかにすることができた他、この周期が約8.3分と3.9分であることが分った。
9月末から10月始にかけて、イタリアのエトナとストロンボリの2火山で観測を行った。特にストロンボリ火山での観測では、小爆発に伴う二酸化硫黄放出率の変動の様子も二酸化硫黄分布映像でとらえることができた。
噴煙中の二酸化硫黄を可視化する測定手法をまとめた論文をGeophysical Research letters誌に発表した(次頁の研究成果参照)とともに、10月には熊本県で開催された日本火山学会で桜島での成果を発表した。また、12月には米国サンフランシスコで開催されたAGUの秋季大会でこれまでの成果の発表を行った。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円)

【研究分野】地球化学

【研究領域課題番号】11304040 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山 / 火山ガス / 揮発性物質 / 流体包有物 / 二酸化炭素 / ラマンスペクトル / ガスクロマトグラフ / 顕微分光分析 / 拡散放出 / マントル / 気泡 / 噴火 / ラマン分光 / マグマ / 同位体 / ガス分析 / 流体

【研究成果の概要】

火山活動を理解するうえで揮発性物質の挙動が重要であることは従来から指摘されており、本研究では、マグマ中に溶け込んでいる揮発性物質が火山ガスとして地表に現われるまでの化学的な過程を明らかにし、火山噴火や火山活動のメカニズムの解明に貢献した。これまでの火山ガスの研究は、火山ガスの分析と発泡現象を直接結ぶ研究が欠落しており、起源を論ずる上でネックとなっていた。そこで本研究では次の3項目に取り組み実験火山ガス学の確立を目論んだ。すなわち、(1)マグマ中に微小なバブルが発生し生長する過程の高圧実験で再現、(2)岩石中の微小流体分析のための顕微分光法の確立、(3)モデル実験を検証するために必要な火山ガスデータ現場分析法の改善、の3項目である。まず、(1)ついては、他機関の高圧発生装置を借用して、ケイ酸塩メルトに過飽和なガスを発泡させる実験をくり返し、様々な条件下での試料の作成が可能になった。(2)については、高感度顕微ラマン分光システムの開発を主に行なった。この装置を使って多くの成果を出すことができたが、マントル捕獲岩中の微小流体包有物の二酸化炭素のラマンスペクトルから残留圧力を求めることに成功したことは特筆に値する。(3)については、高速小型ガスクロマトグラフ分析計を用いて火山ガス放出現場で直接分析する技術を開発し、火山ガス組成の現場分析の向上を計ることができ、さらに火山体土壌を通して拡散放出する火山ガスの分析から、噴火予知に役立つ多くの成果を得ることができた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1999 - 2001

【配分額】38,210千円 (直接経費: 37,400千円、間接経費: 810千円)