中田 節也

Report
Cordón Caulle
地球化学研究協会
霞ヶ関環境講座
Chaiten,
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
2014/12/06
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講演の内容
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2014/12/06
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
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火山噴火の規模
2014/12/06
Newhall and Self (1988), Self (2006)3
火山爆発指数
日本の最近の火山活動度
日本にVEI 5以上がない時期
VEI 4以上がない時期
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最近は,火山活動が異様に静かな日本
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火山弧毎に見られる規則性
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。
2014/12/06
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日本の火山における規則性
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。
2014/12/06
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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
気象庁噴火警戒レベル
【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。
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Seismicity
Felt earthquakes in 1910
Eruption
Unzen volcano, Kyushu
Usu volcano, Hokkaido
Eruption
Large earthquakes in 2000
• Data from Kyushu University,
2014/12/06
guided
in Nakada et al. (1999).
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Deformation (GPS)
Shinmoedake
Mauna Loa, Hawaii
2014/12/06
Shinmoedake (Kirishima), Kyushu
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Example of observation suggesting caldera
eruption
Sparks et al. (2008)
Hickey et al. (2013)
2014/12/06
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1991 eruption sequence at Pinatubo, Philippines
Plume height
Volcanic gas (SO2)
Pinatubo 1991
2014/12/06
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富士山噴火による火力発電所への影響
2014/12/06
Yamamoto and Nakada (submitted)
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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
航空機のジェットエンジンの仕組み
火力発電システム
2014/12/06
2010年4月アイスランド火山噴火の火山灰
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桜島大正噴火の降灰域
VEI = 4
降灰確認期間:1月12-16日
VEI=4
Observed during Jan 12-16, 1914
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火山灰のよる首都圏への影響
2014/12/06
気象庁のまとめ
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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
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
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
Wardman et al. (2012)
2014/12/06
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(超巨大噴火,破局噴火)
超巨大噴火の影響
#
#
#
#
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
火山灰に埋もれた街
USGS
壊滅した米空軍基地
Alberto Garcia (Corbis)
迫り来る火砕流
1991年フィリピン・ピナツボ火山噴火
2014/12/06
R.L. Rieger, 1991 (U.S. Navy)
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Aso ash
4.0万年前
日本の超巨大噴火噴火
110万年前
○約9万年前の阿蘇カルデラ
12 万年前
噴火の火山灰は北海道根室
1.3万年前
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
9 万年前
流走。
2.9 万年前
Kikai ash
11 万年前
日本第四紀地図より作成
防災科学研究所HPから
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黄色:火砕流到達範囲
日本の超巨大噴火
の頻度
VEI 6-7の噴火間隔
15万年/14回=約1 万年
産総研活火山データベースHPから
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Geology of Japan (submitted)
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地殻に溜まるマグマの厚さ(d)
ピナツボ 1991年
トバ
74000年前
2800 km3
クラカタウ 1883年
10 km3
d=0.2 km
8 km
阿蘇 9万年前
5 km3
d=1 km
~300 km3
d=1 km
2.5 km
鬼界
20 km
7300年前
~100 km3 d=0.4 km
20 km イエローストーン
64万年前
d=0.4 km
d=0.8 km
1000 km3
70 km
60 km
カルデラ径
d
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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。
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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)
マグマ蓄積率
噴出量
噴火休止期間
カルデラ噴火
3
4
5
6
7
8
9 VEI
F. Costa (2008)
噴出量
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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)
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。
結晶中の元素の分布と拡散モデル
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Druitt et al (2012), Gualda et al. (2012)
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結晶の年代から見た滞留時間1
Zou et al (2010) Lithos 119, 289-296.
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
2014/12/06
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(資料4)結晶の年代から見た滞留時間2
Global compilation of crystal residence ages.
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。
KM Cooper & AJR Kent (2014)
Nature 506, 480-483
doi:10.1038/nature12991
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
2014/12/06 100 km3/5000年→0.05 km3/年(5x107 m3/年)
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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), 64-68
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
2014/12/06
が明瞭に認められる。
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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), 303-309
1. 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。
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Precursory and repose times
Passarelli and Brodsky (2012)
Krakatau
Shinmoe
Unzen
1 year before
Tambora
Pinatubo
1 month before
Precursory period
Fuji
Ontake
Usu
Miyakejima
1 day before
1 hour before
2014/12/06
1yr
10 yr
100 yr
Repose time
1 kyr
10 kyr27
Genkai NPP
Aso caldera
Target volcanoes
in Sendai NPP
Kakuto-Kobayashi caldera
Sendai NPP
Aira caldera
迫り来る火砕流
Alberto Garcia (Corbis)
Ata caldera
Kikai caldera
2014/12/06
1991年フィリピン・ピナツボ火山噴火
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姶良カルデラの地殻変動
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
2014/12/06
DV/dt
6x107 m3/9 y = 8x106 m3/y
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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。
2014/12/06
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