「泡立った」火成ガスを監視することで、災害を回避できる可能性があります

Posted On: 11月 22, 2022

Newswise — 火山噴火は危険であり、予測が困難です。東京大学のチームは、火山の噴気孔 (地表の隙間) から放出される特定のガス中の原子の比率が、深部のマグマで何が起こっているかの指標を提供できることを発見しました。これは、健康をチェックするための血液検査に似ています。 . 物事が「熱くなっている」時期を示すことができます。具体的には、アルゴン 40 とヘリウム 3 の比率の変化は、マグマがどの程度泡立っているかを示し、さまざまな種類の噴火のリスクを示します。どのガスのどの比率が特定の種類のマグマ活動を示しているかを理解することは、重要なステップです。次に、チームは、24 時間年中無休の火山活動監視および早期警報システムのために、現場でのリアルタイム測定を提供できるポータブル機器を開発したいと考えています。

火山の上に立つという考えは、興奮や恐怖で身震いしますか? 多くの人にとって、火山の影に住むことは日常生活の一部です。日本には 111 の活火山があり、毎年、噴火を含む平均 15 の火山「イベント」があります。しかし、これらのイベントは予測が難しいことで有名であり、致命的なものになる可能性があります。 2014 年、日本で 2 番目に高い火山で有名な観光地である御嶽山が突然噴火し、58 人が死亡し、5 人が行方不明になりました。地震活動は通常、早期の警告サインですが、一部の噴火 (御嶽の噴火を含む) は、明確な地震信号なしで発生する可能性があります。 .

噴気孔は、地球の表面 (地殻) にある穴や亀裂で、ガスや蒸気を放出し、火山の周囲でよく発生します。放出されたガスは、化学物質の混合物で構成されています。その組成は、マグマ (溶岩) が形成されて上向きに押し上げられ、最終的に溶岩として噴出するマントルの地殻の下で何が起こっているかについての洞察を与えてくれます。研究者たちは、特定のガスの同位体 (化学的性質は同じだが質量が異なる元素の原子) の比率が、隠れたマグマ活動を示している可能性があることをすでに知っています。「ヘリウムの同位体比は、マグマの活動が活発になると、地球の地殻に見られるヘリウムのような低い値から、地球のマントルのような高い値に変化することがあることを知っていました。これは、2011年に噴火が起きたカナリア諸島のエル・イエロ島（アフリカ北西部沖の大西洋）で冷源ガスのヘリウム同位体比を観測したことに基づくものです」と住野博親教授は説明する。先端科学技術研究センターの「しかし、マグマの不安定な時期にマントル由来のヘリウムが多かった理由はわかりませんでした。」

理解を深めるために、住野と彼のチームは、群馬県の東京の北西約 150 キロメートルにある活火山である草津白根周辺の 6 つの噴気孔からのガスを監視することにしました。チームは 2014 年から 2021 年までの 7 年間、数か月ごとにサンプルを収集しました。これにより、ヘリウム3などの超微量（小さいが重要な）同位体を含む同位体組成を正確に測定できました。ヘリウム3は、通常、地殻や空気よりもマントルに豊富に含まれています。

「マグマ擾乱に関連するマグマ由来のアルゴン 40/ヘリウム 3 比の変化を検出することができました。コンピュータモデルを使用して、この比率が地下で泡立つマグマの量を反映し、液体のマグマから分離する火山ガスの泡を作成することを明らかにしました」と住野は説明しました。「マグマの泡の量は、火山の下の熱水系に供給されるマグマガスの量とマグマの浮力を制御します.1つ目は、熱水系の水圧の増加が原因である水蒸気噴火のリスクに関連しています.マグマの上昇率を高め、マグマ噴火を引き起こします。

「火山を人体に例えると、地震や地殻変動の観測に代表される従来の地球物理学的手法は、胸の音を聞いて体の大きさを測定するようなものです。. これらの場合、詳細な健康診断を行わないと、胸がパチパチ音をたてたり、体重が急激に増加したりして、どのような健康状態にあるのかを知ることは困難です。一方、噴気ガス中の元素の化学組成および同位体組成の分析は、呼気または血液検査に似ています。つまり、マグマに直接由来する実際の物質を調べて、マグマで何が起こっているかを正確に調べています。

今のところ、ガスサンプルを現場で採取し、分析のために研究室に持ち帰る必要がありますが、これは困難で時間のかかるプロセスです。しかし、Sumino は希ガス質量分析計を改善した経験があり、同じ分析をリアルタイムで現場で実行できる新しいツールを開発したいと考えています。「できるだけ早くマグマ活動の変化を検出できるようにしたい」と住野氏は語った。「私たちは現在、噴気ガスの希ガス同位体比をオンサイトでリアルタイムに監視するためのポータブル質量分析計を開発しています。私たちの次のステップは、この新しい機器を使用して希ガス分析プロトコルを確立し、少なくとも地域住民に災害を引き起こす可能性のあるすべての活火山が 24 時間体制で監視されるようにすることです。

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