Chaiten, Cordón Caulle 低頻度大規模噴火は どこまで分かっているか？ 中田節也 東京大学地震研究所 地球化学研究協会 霞ヶ関環境講座 2014/12/061

講演の内容 噴火の規模の規則性 噴火予測の現状とモニタリング 火山災害の多様性 大規模噴火（カルデラ噴火） 原子力施設への影響評価 2014/12/062

火山噴火の規模 Newhall and Self (1988), Self (2006) 2014/12/063

日本に VEI 5 以上がない時期 VEI 4 以上がない時期 日本の最近の火山活動度 2014/12/064 最近は，火山活動が異様に静かな日本 火山爆発指数

火山弧毎に見られる規則性 2014/12/065 火山弧の長さ比較 インドネシア： 3000 km 日本： 2500 km チリ： 4000 km インドネシアでより活発 で大粒のものが多い。 日本はチリより日本が活 発に見える。

日本の火山における規則性 2014/12/066 火山毎に規則性が認めら れるが，その勾配や切片 は微妙に異なっている。

火山噴火予知研究の現状 昭和 49 年から火山噴火予知計画がスタート 火山噴火予知の５要素：時期，場所，規模，様式，推移 【噴火予測の発展】 段階１．観測により，火山活動の異常が検出できる． 段階２．観測と経験則により，異常の原因が推定できる（経験的予 測）． 段階３．現象を支配する普遍的な物理法則が明らかにされており，観 測結果を当てはめて，将来の予測ができる． ○ 現在は第二段階にようやくたどり着いたところ ○ 進行中の計画では噴火シナリオ（噴火事象系統樹）を採用し，代表的 な活火山で試行。 気象庁噴火警戒レベ ル 2014/12/067

Seismicity Data from Kyushu University, guided in Nakada et al. (1999).Data from Kyushu University, guided in Nakada et al. (1999). Usu volcano, Hokkaido Eruption Felt earthquakes in 1910 Large earthquakes in 2000 Unzen volcano, Kyushu 2014/12/068

Deformation (GPS) Mauna Loa, Hawaii Shinmoedake (Kirishima), Kyushu Shinmoedake 2014/12/069

Example of observation suggesting caldera eruption 2014/12/0610 Hickey et al. (2013) Sparks et al. (2008)

Pinatubo /12/ eruption sequence at Pinatubo, Philippines Plume height Volcanic gas (SO 2 )

富士山噴火による火力発電所への影響 Yamamoto and Nakada (submitted) 2014/12/0612

火山灰によるガスタービンの障害 火山灰によるジェットエンジンの停止事件 インドネシアのガルングング火山の 1982 年 噴火とアラスカのリダウト火山の 1989 年噴 火では，それぞれ， British Air と KLM の航 空機があわや墜落の危機。 ヨーロッパの航空業界はアイスランドのエ イヤーフィヤトラの 2010 噴火（約 2 週間） で 17 億ドルの損害 火力発電システム 航空機のジェットエンジンの仕組み 2010 年 4 月アイスランド火山噴火の火山灰 2014/12/0613

桜島大正噴火の降灰域 VEI = 4 降灰確認期間：１月 日 Observed during Jan 12-16, 1914 VEI=4 2014/12/0614

15 気象庁のまとめ 火山灰のよる首都圏への影響 2014/12/06

富士火山の噴火の特性と想定される噴火災害 降灰による電力への影響：送電網 碍子の絶縁破壊 変圧器の故障 送電線への崩落物 計画的な停電 送電線の切断 送電への影響は，噴火様式や気象条件による． 湿った火山灰が付着する場合は降灰量が少なくとも影響 が大きい Wardman et al. (2012) 2014/12/0616

（超巨大噴火，破局噴 火） # 大規模火砕流による火山体周囲（〜 100 km ）の壊滅 # 火山灰の広範囲への拡散（〜 1,000 km ） # 海域の場合，巨大津波の沿岸域への襲来（〜 1,000 km ） # 地球規模での寒冷化 1991 年フィリピン・ピナツボ火山噴火 Alberto Garcia (Corbis) USGS R.L. Rieger, 1991 (U.S. Navy) 迫り来る火砕流 火山灰に埋もれた街 壊滅した米空軍基地 超巨大噴火の影響 2014/12/0617

日本の超巨大噴火噴火 2014/12/ ３万年前 110 万年前 4.0 万年前 12 万年前 Aso ash Kikai ash 11 万年前 2.9 万年前 黄色：火砕流到達範囲 9 万年前 日本第四紀地図より作成 防災科学研究所 HP から ○ 約 9 万年前の阿蘇カルデラ 噴火の火山灰は北海道根室 市で 15cm 以上の厚さで堆積。 ○ 阿蘇カルデラ噴火に伴う 火砕流は最大 150km の距離 を流走。

日本の超巨大噴火 の頻度 2014/12/0619 Geology of Japan (submitted) 産総研活火山データベース HP から VEI 6-7 の噴火間隔 15 万年 /14 回 = 約 1 万年

ピナツボ 1991 年 5 km km 10 km 3 クラカタウ 1883 年 8 km ~100 km 3 鬼界 7300 年前 20 km ~300 km 3 阿蘇 9 万年前 20 km 1000 km 3 イエローストーン 64 万年前 2800 km 3 トバ 年前 地殻に溜まるマグマの厚さ (d) d=0.8 km d=0.4 km d=0.2 km d=1 km 2014/12/ km 70 km d カルデラ径 岩石学的モデル 高々 1km 程度の厚さのマグマ部分 が噴出した。

マグマの蓄積率とタイムスケール （地質データから見た休止期間と噴出量） 2014/12/0621 F. Costa (2008) VEI カルデラ噴火 マグマ蓄積率 噴出量 噴火休止期間

結晶中の元素の分布と拡散モデル Druitt et al (2012), Gualda et al. (2012) 最近のモデル： カルデラ噴火の前，マグマ溜まりは，数百年から数千年で，一気に充 填。 超巨大噴火マグマの蓄積時間 （ギリシャ・サントリニー，米国ロングバレーの例） 2014/12/0622

結晶の年代から見た滞留時間１ Zou et al (2010) Lithos 119, 白頭山 9 世紀の噴火 VEI=6 ジルコン結晶の U-Th 放射非平衡年代：約 9 千年 ジルコンは，噴火したマグマからではなく，地殻 の再溶融などによってリサイクルしうる。そのた め， マグマの滞留時間： <9 千年 2014/12/0623

（資料４）結晶の年代から見た滞留時間２ KM Cooper & AJR Kent (2014) Nature 506, doi: /nature12991 Global compilation of crystal residence ages. カルデラ噴火の結晶滞留時間を数千年 （資料１） ，その間にマグマが 溜まり続けると仮定すれば → 噴出量／滞留時間＝平均蓄積速度 100 km 3 /5000 年 →0.05 km 3 / 年（ 5x10 7 m 3 / 年） 普通の火山における滞留年 代：数百年〜数千年： リサイクルや再溶融を考慮 すると，最大値に近い滞留 時間と捉えられる。 真の滞留時間は，元素拡散 や結晶サイズ分布から推定 される年代に近い（ Th-Ra 年 代より若い）と考えれてい る。 2014/12/0624

インドネシア，フィリピンの（超）巨大噴火の前兆現象 高田 亮・古川竜太（ 2014 ）岩波科学， 84,(1), インドネシアのカルデラ噴火の前には数ヶ月前か ら明らかな表面的な前兆現象。 2. 長期的にみると，噴出率の低下，マグマ組成の変 化が明瞭に認められる。 2014/12/0625

姶良カルデラのマグマ発達史 関口悠子・他（ 2014 ）月刊地球， 36, (8), 姶良カルデラにおいても，カルデラ噴火前にマグマ組成の変化が認められている。 2. 分化したマグマが地下に大量に蓄積されることにより，噴出するマグマ組成に変 化が生じると考えられている。 2014/12/0626

1yr10 yr100 yr1 kyr10 kyr Precursory and repose times 1 month before 1 year before 1 day before 1 hour before Precursory period Passarelli and Brodsky (2012) Usu Miyakejima Unzen Shinmoe Repose time 2014/12/0627 Caldera eruption? Ontake Pinatubo Tambora Krakatau Fuji

Target volcanoes in Sendai NPP 1991 年フィリピン・ピナツボ火山噴火 Alberto Garcia (Corbis) 迫り来る火砕流 2014/12/0628 Aira caldera Sendai NPP Genkai NPP Aso caldera Ata caldera Kikai caldera Kakuto-Kobayashi caldera

姶良カルデラの地殻変動 2014/12/0629  V/dt 6x10 7 m 3 /9 y = 8x10 6 m 3 /y Nakao et al. (2013) 2003 年～ 12 年の姶良カルデラの体積変 化 実線：左目盛 姶良カルデラ深部のソー ス 波線：右目盛 南岳直下の浅部ソース 2003 年４月～ 2009 年４月の地殻変動

大規模噴火（特にカルデラ噴火）の予測について 大規模噴火は広域的捉えれば十分な頻度で発生：統計的にある程度 扱える。 大規模噴火ではマグマが数百年〜数千年程度で蓄積する。 噴火に備えてマグマの組成は進化して来ている。 噴火の前兆は地球物理学的に捉えられる。 多くの大規模噴火には，数ヶ月前から先行現象がある。「人間の」 避難は “ 準備さえできておれば ” 十分間に合う。 しかし，原子力施設が要求する数年前に前兆を掴むことは不可能。 先行・前兆現象をモニターし，観測結果から緊迫性を如何にきちん と評価できるかどうかが課題。 広域避難の点で国家的課題。 将来のカルデラ噴火に備えて，国内外，専門を越えた準備体制が必 要。 ただし，より高頻度のより小規模の噴火に備えることが現実的で， むやみにカルデラ噴火恐れる必要はないだろう。 2014/12/0630