弧状火山で、爆発的な活動への噴出は挑戦的です。爆発前の導管の状態が軽石から取得され、数値モデルと共に、爆発前のマグマの流れのダイナミクスを制約するのに役立ちました。
2015 年の国連の災害リスク軽減に関するグローバル アセスメント レポートによると、「現在、噴火する可能性のある火山から 100 km 以内に 8 億人が住んでいます」 火山災害の中でも、噴出する静かな噴火から突然の爆発的で壊滅的なイベントへの切り替えは、非常に致命的なものになる可能性があります。たとえば、1997 年、長い噴火活動の後、スフリエール ヒルズ火山 (英領小インド諸島のモンセラート島) は 88 回のブルカノ式爆発を引き起こし、当局は避難範囲を拡大することを余儀なくされ、プリマスに破壊をもたらしました。もう 1 つのより最近の例は、2010 年のメラピ (ジャワ島、インドネシア) の噴火で、爆発的なイベントにより数百人の死傷者が出ました。火山爆発のより良い監視と予測を可能にするためには、そのようなイベントを引き起こすプロセスの理解を深めることが必須です。
科学者は理解を求めて、2 つの主な問題に直面しています。溶岩サンプルから推定された事後分析と噴火監視観測。 (2) 噴火様式を支配する火道内のマグマダイナミクスは複雑 (図1) マグマの粘性や間隙率などのパラメーターによって支配され、短い長さのスケールでは数桁変化する可能性があります。
その中で、マグマガスの含有量が重要なパラメータとして特定されました火山の噴火様式の変化を理解するため。実際、マグマが火道内で上昇すると、深部で溶解したガスが圧力の低下によって分解し、膨張します。それがマグマ内に残っていると、結果としてガス含有量が高くなり、マグマが爆発的な噴火スタイルで断片化されます。しかし、マグマが浸透性の流出によってガスを失うと、爆発性を失い、噴出して溶岩流とドームを形成する可能性があります。マグマ溜まりの再充電やドームの崩壊などの外的要因は、一時的な状態を引き起こし、このシナリオを複雑にします。
火山導管内のマグマ流の数値モデリングは、科学者が噴火活動の制御を理解し、野外観測と溶岩分析の制約から、導管の可能なシナリオを解釈するための強力なツールです。噴火中の条件の進化。 2010 年のスーフリエール丘陵の噴火は、2 月 11 日に顕著な爆発を引き起こしました。この爆発は、導管の上部でのドームの崩壊による突然の減圧によって引き起こされたものであり、前の噴出段階の導管の状態に関する情報を保持している可能性があります。これにより、科学者は噴出体制中の導管の状態をよりよく特徴付けるまたとない機会を得ました。
研究者はまず、軽石の分析からいくつかのコンジット パラメータを推定しました。つまり、爆発イベント中にコンジットから排出された爆発前のマグマ カラムのサンプルです。各サンプルについて、マグマの圧力の良い指標であるガラス (つまり、結晶化したマグマではない) の水分含有量が、元素分析装置を使用して測定されました。空隙率は、走査型電子顕微鏡法およびサンプリングされた軽石の 3D イメージングでも測定されました。これらの制約パラメータから、導管内の爆発前の空隙率、圧力、深さ、および水溶性条件を推定するために、導管の圧力と深さの検索モデルが使用されました。結果は、爆発の前に、マグマ柱が広範囲に脱ガスされ (気泡が少ない =多孔性が低い)、爆発がマグマ柱から導管内の少なくとも 3 km までサンプルを放出したことを示しています (図 2) .
図 2 – 上:爆発前の圧力、深さ、空隙率を与える 2 つの回収モデルの結果。マグマ分裂研究によると、気孔率が 80% を超えると爆発限界に達します。私たちの結果は、爆発前の気孔率が非常に低いことを示しているため、マグマがその瞬間に強くガス抜きされたという事実の根底にあります。下部:Wadge らの後に修正されたモントセラト配管システムのスケッチ。 （2014）。黒い四角形は、データによって影響を受けるマグマ システムの一部を表します。マグマ室はマグマの貯留場所であり、堤防または導管はマグマが地表に移動する可能性のある地下の割れ目を表します。堤防とコンジットの違いは、最初のものは線形であり、2番目のものは星形（水平断面上）である破砕の形状です。図は Tonin Bechon の厚意によるものです。
次に、1D 数値導管流れモデルを使用して、導管内のマグマ ダイナミクスを制約しました。このモデルでは、火道内のマグマの流れの状態と噴火スタイルは、火道底部でのマグマの流入速度、火道の半径、マグマの浸透率の気孔率への依存など、いくつかの入力パラメーターに依存します。これらのパラメーターは変化し、観測に近い導管条件 (空隙率、圧力、押出速度) を取得するために適合されました。
この調査から得られた 2 つのシナリオ (図 3) :最初のものでは、マグマの流入は、マグマの噴出速度の観測と一致して、爆発の直前に安定して高く、マグマの透磁率は低い気孔率でも高かった。このシナリオの弱点は、導管の奥深くで低い気孔率で高い透磁率を得ることの難しさにあります。 2 番目のシナリオは、不安定な状態の存在と、ガス放出がほとんどない高マグマ速度期間の交互作用と、その間に持続的なガス放出が発生したマグマの失速をサポートしています。この 2 番目のシナリオは、スーフリエール ヒルズ火山で急速に変化する噴火活動と周期性挙動の観察によって裏付けられています。
一言で言えば、Burgisser et al (2019) は事前に検索した- 2010 年 2 月 11 日の Soufriere Hills (モンセラット、小インド諸島) での爆発の爆発的な自然条件 (圧力、深さ、空隙率)。これらの値を導管の流れの数値モデルと対峙させることで、観察された結果を 2 つの異なる仮説で説明することができました。
全体として、この研究は、一時的な活動のモデル化を改善するために上昇するマグマがどのようにガスを失うかを理解することが重要であることを裏付けています。研究者の将来の仕事は、2 つの異なる軸に沿って発展することを目指しています。 (2) 気泡の変形や透水性の進化に対するマグマ流のせん断効果などの複雑さを考慮して、マグマ ガス損失モデリングを改善します。
これらの調査結果は、最近 Journal of Volcanology and Geothermal Research に掲載された、2010 年 2 月 11 日のモントセラト州スーフリエール丘陵のブルカニア式噴火中のコンジット プロセスというタイトルの記事で説明されています。 .
参考文献:
<オール>
