昨年 12 月、カリブ海のセント ビンセント島にある火山、ラ スフリエールの頂上から、どろどろとした溶岩が噴出し始めました。滲出液は最初はゆっくりでした。誰も脅かされませんでした。その後、3 月下旬から 4 月上旬にかけて、火山は急速に上昇するマグマに関連する地震波を放出し始めました。有毒ガスが山頂から勢いよく噴き出しています。
マグマ爆弾が差し迫っているとの恐れがあり、科学者たちは警報を鳴らし、政府は 4 月 8 日に島の北部からの完全な避難を命じました。翌日、火山は壊滅的な爆発を起こし始めました。避難はちょうど間に合いました:執筆時点では、命が失われたことはありません.
同時に、北極の端で、表面的には似ているが根本的に異なる何かが起こっていました.
2019年後半以降、アイスランドのレイキャネス半島の下で地殻変動の激しさを増す地震が鳴り響いており、地下世界が開き、マグマが上昇するためのスペースを作っていることを強く示唆しています. 2021 年の初め、地下のマグマの蛇が半島の周りを移動し、表面への脱出ハッチを探したため、地面自体の形が変化し始めました。その後、3 月中旬に、科学者が予想していた大まかな場所で、いくつかの最初の亀裂が地中を蛇行し、Geldingadalur という名前の無人の谷に溶岩を流出させました。
ここでは、地元の人々がすぐに噴火に群がり、ピクニックをしたり、溶岩流から文字通り目と鼻の先でセルフィーのポーズをとったりしました。最近そこでコンサートが開催され、人々は尾根を円形劇場の座席のように扱いました.
どちらの場合も、科学者は新しい噴火が進行中であることを正確に示唆しただけではありません。彼らはまた、これらの噴火が取る 2 つの非常に異なる形態を予測しています。そして、方程式の「いつ」の部分を予測することは決して容易ではありませんが、「どのように」の部分を正確に把握することは、特にラ・スフリエールの爆発的な噴火の場合には特に困難です。カーネギー科学研究所の火山学者であるダイアナ・ローマンは、「これは難しい問題です。彼らは見事にやり遂げました」と述べています。
火山学者は、爆発的な噴火を引き起こす可能性のある条件について、ますます詳細な理解を深めてきました。たとえば、地下水の有無は、マグマ自体のガス性とグルーピー性と同様に重要です。また、最近の一連の研究で、研究者は、地震波から衛星観測までの隠れた信号を読み取る方法を示し、噴火がどのように発展するかを正確に予測できるようにしました。
この道に邪悪な何かがやってくる
超高層ビルや大聖堂と同じように、地球の火山の建築デザインは大きく異なります。高くて険しい火山、非常に広大で傾斜の浅い火山、巨大で大きく開いたカルデラを取得できます。火山がまったくない場合もありますが、小さなくぼみの連鎖や亀裂の群れが爪痕のように地球を傷つけています.
噴火予測は多くの疑問を投げかけます。それらの主なものは次のとおりです。本質的に、この質問は、いつ下からのマグマがコンジット (マグマと地表の開口部の間のパイプ) を通って上に移動し、溶岩が流れ、火山灰が火山ガラスと爆弾として噴出するかを尋ねることに相当します。
マグマが深部から上昇すると、火山の構造が変化し、文字通り上の土地の形状が変化します。移動するマグマ流は、岩を引き離すこともでき、火山構造地震を発生させます。そして、地下に閉じ込められたマグマを維持する圧力が低下すると、閉じ込められたガスが解放され、地表に逃げることができます.
噴火予報官は、火山の形状の変化、地震の音風景、ガス放出の 3 つの兆候のいずれかを探します。イタリアのフィレンツェ大学の地球物理学者であるマウリツィオ・リペペ氏は、3 つすべての変化 (火山の日常的な挙動とは明らかに大きく異なる変化) を調べれば、「何かが起こることは間違いありません」と述べています。その何かは、多くの場合、最終的には噴火です。
変化は必ずしも活動の増加を意味するわけではありません。ほとんどの火山は、噴火前に騒々しくなり、けいれんしますが、逆の場合もあります。たとえば、アイスランドの地震学者は、レイキャネスの最初の 5 つの亀裂が開く直前に、火山性微動の低下を記録しました。アイスランド ジオサーベイの地震学者である Thorbjörg Ágústsdóttir 氏によると、6 回目の落下が起こったとき、科学者たちは 6 回目の亀裂が発生しようとしていると予測しましたが、その予測は正しかったのです。
方程式の「方法」
火山が噴火する時期や場合だけでなく、どのように噴火するかを予測することもますます可能になっています。
個々の火山には独自の噴火スタイルがある傾向があるため、特定の火山それぞれの歴史を解き明かすことが重要です。それを見つけるために、科学者は火山周辺の地層を調べ、法医学的に古い噴火の残骸を掘り起こし、調べます。アイスランドのレイキャネス半島での最後の噴火は 800 年前、近代科学が出現するずっと前のことです。しかし、この種の調査活動のおかげで、科学者たちはそこでの噴火が常に比較的穏やかな出来事であることを知っていました。最近の噴火史が利用可能であれば、科学者によってリアルタイムで記録されたものであればなおさらです。そのため、科学者たちは、ラ・スフリエールが大噴火から爆発的な噴火スタイルに迅速に切り替わる可能性が高いことを知っていました.
噴火予測に関する最新の研究は、これらの歴史的なカタログをはるかに超えています。ティレニア海の水面にかろうじて突き出ている火山、ストロンボリを例にとってみましょう。この絵のように美しい島は、ほとんどの時間を爆発に費やしています。通常は、誰にも害を及ぼさない小さな爆発です。リペペと彼の同僚は、20 年にわたってどのように変形するかを研究した結果、爆発の直前に膨張することを突き止めました。さらに、形状の正確な変化によって、爆風が大規模か小規模かがわかります。 2019 年 10 月以降、火山には早期警報システムが導入されました。爆風が到達する 10 分前までに、過去に人を殺した種類の最も極端な爆発を示す膨張のタイプを検出できます。
ストロンボリは比較的単純な火山ですが、マグマから天窓までの配管が多かれ少なかれ開いたままです。 「マグマの動きでは割れ目は発生しません。出てくるだけです」とリペペは言いました。
ほとんどの火山はより複雑です。火山から出て行くために必要なさまざまな種類のマグマを抱えています。これは、「起こるたびに大きく変化する」噴火を引き起こすことを意味すると、ノースカロライナ州立大学の火山学者であるアリアナ・ソルダティは述べた。噴火は、数日、数週間、数か月、または数年にわたって、滲出と爆発の間を行ったり来たりします。これらの変化を予測することは可能ですか?
Soldati、Roman、および彼らの同僚は、ハワイ島に目を向けることで、これをテストする方法を見つけました。島の南東海岸近くにあるキラウエア火山は、1983 年以来、何らかの形で継続的に噴火を続けていました。しかし、2018 年の春と夏に、火山はとんでもないショーを見せました。その頂上にある溶岩湖は、あたかも流出したかのようでした。誰かが風呂からプラグを抜いた。マグマは火山の東側の側面まで地下に浸透し、地球の裂け目を引き裂いて 3 か月間連続して噴出し、時には溶岩の高い噴水として空に向かって噴き出しました。
これが起こったとき、研究者は溶岩のサンプルを採取し、特に 1 つの特徴である粘性に集中しました。より粘り気のあるマグマは、より多くのガスを閉じ込めます。この粘稠なマグマが地表に到達すると、そのガスが激しく減圧されて爆発が起こります。対照的に、流動的なマグマは、テーブルの上に放置されたソーダのように、ガスを徐々に逃がします。
2018 年、キラウエアの溶岩の粘性は変化し続けました。古くて冷たいマグマはより粘性が高く、深部から新たに採取されたマグマはより熱く流動的でした。
ローマンと同僚は、火山から発生する地震波を監視し、サンプリングした溶岩のさまざまな粘度と比較することで、これらの変化を追跡できることを発見しました。理由はまだ特定されていませんが、より流動的なマグマが上昇すると、マグマの両側の岩壁が少しだけ離れます。対照的に、グルーピーなマグマは強い力を発揮し、より広い経路を押し広げます。この 4 月に Nature に掲載された論文で 、研究者は、岩が強制的に開かれた方法によって異なる地震波を使用して、マグマの噴火の数時間から数日前に噴出した溶岩の粘度の変化を予測できることを示しました.
「この種の地震活動があれば、粘性が増加し、[そして]この閾値を超えると、より爆発的になる可能性があるということを私たちに教えてくれるものを見つけたので、それは非常にクールです」とソルダティは言いました. 「モニタリングとハザードに関しては、これは実際に今影響を与える可能性を秘めています。」
ナノスコープの迷惑行為
多くの要因がマグマの粘性に影響を与えます。特に 1 つが見過ごされてきましたが、それは主にほとんど目に見えないためです。
ドイツのバイロイト大学の地球科学者であるダニロ・ディ・ジェノバは、平均的なバクテリアのサイズの約 100 分の 1 の結晶であるナノライトを研究しています。それらは、マグマが噴出するときに導管の上部に形成されると考えられています。これらの結晶が十分に得られると、マグマを閉じ込め、閉じ込められたガスを閉じ込め、粘性を高めることができます.しかし、噴出したばかりの溶岩を観察できる非常に強力な顕微鏡を持っていない限り、溶岩を感知することはできません。
Di Genova は、ナノライトがどのように形成されるかに長い間関心を持っていました。ありふれたマグマである玄武岩の代用物であるシリコン オイルを使用した彼の実験では、油と粒子の混合物のわずか 3% がナノサイズの粒子でできている場合、粘度が急上昇することが示されました。
それから彼は本物に目を向けました。彼と彼の同僚は、マグマが導管を通って地表に上昇するときにマグマが経験することをシミュレートしようとしました。彼らは、実験室で溶けたエトナ山からの玄武岩を、徐々に加熱し、急激に冷却し、水和と脱水を行いました。時々、彼らはマグマを粒子加速器の一種であるシンクロトロンの中に入れました。この仕掛けの中で、強力な X 線が結晶の原子と相互作用して、その特性を明らかにし、結晶が十分に小さい場合はその存在を明らかにします。
昨年 Science Advances で報告されたとおり 、実験はチームにナノライトがどのように形成されるかの実用的なモデルを与えました。噴火が始まり、マグマが導管を通って急激に加速すると、急速に減圧されます。これにより、水が溶岩から出て気泡を形成し、マグマが脱水されます。
この作用により、マグマの熱特性が変化し、非常に高温でも結晶が存在しやすくなります。マグマの上昇が十分に速く、マグマが急速に脱水されると、ナノライトの宝庫が形成され、マグマの粘性が大幅に増加します。
この変更は、顕著なシグナルを発しません。しかし、その存在を知るだけで、ベスビオ火山やエトナ火山のような流れのあるマグマを伴う火山が時折壮大な爆発を起こす理由を研究者が説明できるようになるかもしれない、と Di Genova 氏は述べた。地震信号は、マグマが上昇する速さを追跡できるため、おそらくそれは、壊滅的な爆風につながる土壇場でのナノライト人口ブームを予測するために使用される可能性があります.
霧を一掃
これらの進歩はさておき、科学者たちは噴火の確率を確実なものに置き換えるにはまだ長い道のりです.
その理由の 1 つは、「世界の火山のほとんどが十分に監視されていないことです」と、米国地質調査所のカスケード火山天文台の研究地震学者、セス モラン氏は述べています。これにはアメリカのカスケード火山の多くが含まれ、そのうちのいくつかは大爆発の傾向があります。 「地上に十分な機器がある場合、噴火を予測することは容易ではありません」とローマンは言いました。 「しかし、火山に計器がない場合、噴火を予測することは非常に困難です。」
もう 1 つの問題は、一部の噴火には現在明確な前兆がないことです。悪名高いタイプの 1 つは、水蒸気爆風と呼ばれます。マグマは、その上にある水のポケットを調理し、最終的に圧力鍋のような爆発を引き起こします。 2019 年 12 月にニュージーランドのファカーリ火山が揺れ、小さな島を訪れた 22 人が死亡しました。別の地震は 2014 年に日本の御嶽火山を揺るがし、63 人のハイカーが死亡しました。
アラスカ大学フェアバンクス校の地球物理学者 Társilo Girona が率いる最近の研究では、噴火の準備段階であらゆる種類の火山から放出される熱放射が年々徐々に増加していることを人工衛星が検出できることがわかりました。レトロスペクティブな分析により、このような温度上昇は 2014 年の御嶽の水蒸気爆発の前に検出され、イベントの前後にピークがあったことが示されました。
おそらく、宇宙からの監視は、将来の水蒸気噴火を見るための最良の方法になるでしょう.しかし、これまでのところ、水蒸気噴火の成功した長期予測は行われていません。 「水蒸気噴火は恐ろしいものです」と、西ワシントン大学の火山学者で地震学者のジャッキー・キャプラン・アウアーバッハは言いました。 「あなたは彼らが来ることを本当に知りません。」
予測が難しいのは爆発だけではありません。コンゴ民主共和国の山岳火山であるニイラゴンゴは、今年の 5 月 22 日に突然噴火し、動きの速い溶岩がゴマ市に向かって流れ出しました。監視されていたにもかかわらず、火山は噴火が近づいているという明確な警告を発せず、数人が死亡しました。
また、予測している噴火の種類に関係なく、誤検知の代償は壊滅的です。 「人々を避難させても何も起こらない場合、次の避難は人々に真剣に受け止めてもらうのが桁違いに難しくなるでしょう」とローマンは言いました。
しかし、楽観的になるには理由があります。科学者たちは、すべての火山の根底にある物理学をこれまで以上によく把握しています。オックスフォード大学の火山学者であるデビッド・パイル氏は、「本能と経験と学んだ知識が混ざり合っている」ため、個々の火山もより身近になってきていると述べています。彼は、まもなく、人間よりも速くデータのパターンを識別できる機械学習プログラムが主要なプレーヤーになると予測しています.
噴火予測の確実性 - もし、いつ、どのように - は、おそらく実現することはありません。しかし、日を追うごとに、死に至る可能性のある不確実性の霧が少しずつ消えていき、数十年前の噴火で亡くなったはずの人が生き返るようになりました。
