【研究成果】泡の不均質分布でマグマ破砕 ～爆発的噴火 原因解明に光～

　東京農工大学工学研究科の亀田正治教授、東京大学の市原美恵准教授、及び本学理学研究科の奥村聡准教授と高輝度光科学研究センター（ＪＡＳＲＩ）の上杉健太朗氏はマグマ内部の泡の不均質な分布によって、マグマ内部に破砕が発生することを解明した。この結果は、火山の爆発的な噴火の発生原因を理解する上で重要な成果である。今回は、内部研究の３Ｄ解析を行った奥村准教授に話を伺った。




　火山にはさまざまな噴火様式があるが、爆発的な噴火が起こる詳しい原因についてはわかっていなかった。マグマはゆっくり動くと流体のように、速く動くと固体のようにふるまう粘弾性体である。今回の共同研究では、粘弾性的性質を持つシロップをマグマに見立ててモデル実験を行った。その結果、マグマの内部に気泡が不均質に存在すると、小さい気泡の周りにマグマを変形・破壊させようとする差応力が集中することが判明した。一部に差応力が集中することで、マグマが破砕し、爆発的な噴火を起こすというストーリーが考えられるようになった。

　これまで、奥村准教授はマグマ内部の揮発性成分（例えば水蒸気）が火山噴火において最も重要であると考え、研究をしている。特に、爆発的な噴火は揮発性成分の脱ガスが関係しているのではないかと考えており、ＪＡＳＲＩの上杉氏と協力し、Ｘ線を用いて爆発的な噴火の際の火山噴出物の内部構造の解析を行っていた。一方で、東京農工大の亀田教授と東京大の市原准教授はマグマの破砕を研究しており、その破砕にマグマ内部の気泡の分布が関係しているのではないかと考えていた。そこで今回の共同研究が行われ、気泡の分布が不均質なことでマグマ内部の一部に差応力が集中し、破砕が起こることが判明した。

　現在、この結果と実際の火山噴火をつなぎ合わせる試みが進められている。爆発的な噴火による噴出物を調べてみると、不均質な気泡構造を持っていることが確認される。実際の火山噴出物の観察などと今回のモデル実験の結果のすりあわせを続けていけば、爆発的な噴火の正確なモデルを構築できる可能性がある。

　火山学はまだ十分に体系化されていない学問であり、流体力学や地質学などのさまざまな側面からの理解を試みてきた。そして、現在は噴火の原因についてさまざまな説が存在するが、噴火のより正確なモデル化が進めば、噴火予測に貢献できる可能性がある。奥村准教授は、「わからないことを一つずつ解決していき、より確かな噴火のモデルを作り上げたい」と意気込んだ。