火山活動の予測

火山地震学の一般原則編集

• 地震活動（地震や揺れ）は、火山が目覚め、噴火の準備をすると必ず起こり、噴火につながる非常に重要なものである。 火山によっては、普段から低いレベルの地震活動が続いているところもありますが、増加した場合は、噴火の可能性が高くなることを知らせているのかもしれません。 また、発生する地震の種類や、どこで始まりどこで終わるかも重要なサインとなる。 火山性地震には、大きく分けて短周期地震、長周期地震、調和振動の3つがあります。 マグマが上方に押し上げられると、もろい岩石が破壊されることによって起こります。 この短周期地震は、マグマが地表付近で成長していることを示すもので、A波と呼ばれています。 この種の地震は、火山-テクトニック（または VT）現象または地震とも呼ばれます。
• 長周期地震は、火山の配管系でガス圧が上昇したことを示すと考えられています。 これは、「ウォーターハンマー」として知られている、家の配管システムで時々聞こえる「カーン」という音と似ています。 この振動は、火山ドーム内のマグマだまりの音響振動に相当し、「B波」と呼ばれています。 これらは共鳴波や長周期共鳴現象としても知られています。
• 高調波の揺れは、しばしばマグマが地表下の上層岩盤を押した結果であることがあります。 地震活動のパターンは複雑で、しばしば解釈が困難です。しかし、地震活動の増加は、特に長周期現象が支配的になり、高調波震動のエピソードが現れた場合、噴火リスクの増加のよい指標となります。
  

  地震のケーススタディ編集

  長周期イベントと差し迫った火山噴火の関係は、1985年のコロンビア、ネバドデルルイスの噴火の地震記録で初めて観察されました。 その後、長周期現象の発生を利用して、1989年のアラスカ・レダウト山の噴火や1993年のコロンビア・ガレラス山の噴火を予知した。 2000年12月には、メキシコシティにある国立災害防止センターの科学者が、メキシコシティ郊外のポポカテペトルで2日以内に噴火が起こることを予測した。 この予測は、長周期現象と噴火の関係を初めて観測した米国地質調査所所属のスイス人火山学者ベルナルド・シュエの研究成果を用いたものであった。 政府は数万人を避難させたが、48時間後、予言通りに火山が噴火した。 9386>

  氷山の揺れ編集

  氷山が座礁したときに起こる揺れと火山の揺れの類似性は、火山噴火を予測するためのより良い方法の開発に役立つと思われる。 氷山は火山よりもはるかに単純な構造をしていますが、物理的に扱いやすいのです。 火山と氷山の揺れの類似点には、長い継続時間と振幅、そして周波数の共通のシフトがあります。 この過程は、炭酸飲料のボトルを開けて二酸化炭素が逃げていくのとよく似ています。 二酸化硫黄は火山ガスの主成分の一つで、その量が増えるほど、地表近くのマグマの量が増えていることを告げています。 例えば、1991年5月13日、フィリピンのピナトゥボ山から放出される二酸化硫黄の量が増加した。 そのわずか2週間後の5月28日には、二酸化硫黄の放出量が5,000トンと、それ以前の10倍にまで増加した。 その後、1991年6月12日にピナトゥボ山は噴火した。 ピナトゥボ山の噴火前や1993年のコロンビア、ガレラス山の噴火など、噴火前に二酸化イオウの排出量が低レベルになることが何度かあった。 これは、マグマが固まり、ガスの通り道が塞がれたためと考えられている。 このような現象が起きると、火山の配管システムの圧力が上昇し、爆発的噴火の可能性が高くなる。 多成分ガス分析システム（Multi-GAS）は、火山ガスプルームをリアルタイムで高分解能に測定するための機器パッケージです。

  地盤変動編集部

  火山の膨張は、マグマが地表付近に蓄積していることを知らせるものです。 活火山を監視する科学者は、しばしば斜面の傾きを測定し、膨張の速度の変化を追跡する。 特に二酸化硫黄の放出や調和的な揺れの増加を伴う場合、膨張率の増加は、差し迫った事象の高い可能性のある兆候である。 1980年5月18日の噴火に先立つセントヘレンズ山の変形は、火山の下にマグマがたまり、北側が上に膨らんだ典型的な例である。 ハワイ火山群では、噴火前に地盤が膨張し、噴火後に明らかに収縮する、顕著な地盤変動が見られます。 これは、ハワイ火山のマグマ溜まりが浅いためで、マグマの動きは上空で容易に確認できる。

  熱モニタリング編集

  マグマの動き、ガス放出の変化、熱水活動は、火山表面の熱放射率の変化を引き起こす可能性がある。 これらはいくつかの技術を使って測定することができます。

  • 現場、遠隔地、または空中に設置した携帯型装置による前方視赤外線放射計（FLIR）、
  • 赤外線バンドの衛星画像などです。
  • 原位置温度測定（温泉、噴気孔）
  • 熱流マップ
  • 地熱井エンタルピー変化

  水文学編集

  水文学を使って火山噴火を予測するには、主に4つの方法がある。

  • 火山の地下のガス圧力と熱体制の変化を監視するために、ボーリングおよび井戸の水文学的および水理学的測定がますます使用されるようになってきています。 ガス圧の増加は、水位を上昇させ、噴火の直前に突然低下させます。また、熱集中（局所的な熱流の増加）は、帯水層を減少させたり乾燥させたりします。 USGSの科学者は、活火山を排水する河川渓谷における土石流や洪水の到着と通過を検出し、継続的に監視するための安価で耐久性があり、携帯可能で簡単に設置できるシステムを開発した。
  • 噴火前の堆積物は、実際の噴火が間近であることを示す火山を取り巻く河道によって拾われることがある。 ほとんどの土砂は、大雨の時期に火山性障害流域から輸送される。
  • 河岸に置かれた火山性堆積物は容易に侵食され、河道を劇的に広げたり、深くしたりすることができる。 したがって、河道の幅と深さの監視は、将来の火山噴火の可能性を評価するために使用することができます。

  リモートセンシング編集

  Remote sensing is the electromagnetic energy that is absorbed, reflected, radiated or scattered from the surface of the volcano or its erupted material in the eruption cloud.

  • ‘Cloud sensing: 科学者は、2つの異なる熱波長からのデータを使用して、火山からの異常に冷たい噴火雲を監視し、噴火雲の可視性を高め、気象雲からそれらを識別することができます
  • 「ガス感知」。 二酸化硫黄もオゾンと同じ波長のリモートセンシングで測定することができます。 トータルオゾンマッピングスペクトロメーター（TOMS）は、火山の噴火によって放出される二酸化硫黄ガスの量を測定することができます。 火山から放出される二酸化炭素は、NASAの軌道上炭素観測衛星2を用いて短波長赤外線で検出されています。
  • サーマル・センシング。 新たな顕著な熱徴候または「ホットスポット」の存在は、噴火前の地面の新たな加熱を示すか、進行中の噴火を示すか、溶岩流または火砕流を含むごく最近の火山性堆積物の存在を示すかもしれません。 衛星搭載の空間レーダーデータを用いて、隆起や陥没など、火山体の長期的な幾何学的変化を検出することができます。 この手法では、レーダー画像から生成したデジタル標高モデルを干渉合成開口レーダー（InSAR）で減算して差分画像を生成し、地形の変化率を表示する。 近年、森林の生育状況を監視することにより、噴火の数ヶ月から数年前に噴火亀裂の位置を予測できることが実証されている。 この森林の生育状況の監視に基づくツールは、2002-2003年の火山噴火の際にニラゴンゴ山やエトナ山で検証された。
  • 超音波センシング。 火山噴火を検出するための比較的新しいアプローチは、国際監視システム（IMS）インフラサウンドネットワークのインフラサウンドセンサーを使用することです。 この検知方法は、複数のセンサーから信号を取り込み、三角測量で噴火の位置を特定するものである。

  Mass movements and mass failuresEdit

  Monitoring mass movements and failure uses techniques lending from seismology (geophones), deformation, and meteorology. 地滑り、落石、火砕流、および泥流（ラハール）は、噴火前、噴火中、および噴火後の火山物質の大量破壊の例です。

  最も有名な火山の地滑りはおそらく、1980 年のセントヘレンズ山噴火の前に侵入マグマから積み上げられたバルジの破壊で、この地滑りで浅いマグマの侵入が「栓なし」になって破裂し、予想外の横噴火の爆発を引き起こしたものです。 岩石崩落は、変形が大きくなる時期にしばしば発生し、機器による監視が行われていない場合、活動の活発化の兆候となることがある。 泥流（ラハール）は、火砕流や降灰堆積物から再固定化した水和灰の堆積物で、非常に浅い角度でも高速で斜面を下降する。 泥流は密度が高いため、積載した伐採車、家屋、橋、巨石などの大きな物体を移動させることができる。 火山灰の堆積物は、通常、火山の周囲に扇状に広がる第2のリングを形成し、その内側の扇状地は一次火山灰の堆積物である。 ラハールは、その最も細かい堆積物の下流で、残留水によるシート洪水の危険性をもたらすことがある。 ラハールの堆積物は、歩けるようになるまで、乾燥するのに何ヶ月もかかることがある。 9386>

  アメリカの科学者のチームは、ラハールを予測する方法を開発した。 その方法は、ワシントン州のレーニア山の岩石を分析することによって開発された。 この警告システムは、新鮮な岩石と古い岩石との違いに注目することによります。 新鮮な岩石は電気を通しにくく、水と熱によって熱水性に変化する。 したがって、岩石の年代、つまり強度がわかれば、ラハールの経路を予測することができるのだ。 また、レーニア山にはアコースティックフローモニター（AFM）というシステムが設置され、ラハールにつながる可能性のある地盤の揺れを分析し、より早い警告を与えている

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