特集

火山噴火災害に備える（その１）□火山噴火がもたらす気候への影響

東北大学大学院理学研究科・教授／ JAXA 地球観測研究センター・参与

早坂

忠

裕

排出量の100分の１以下であり、その気候への影

１．はじめに響はほとんどないと考えて良い2)。

今年（2022年）１月15日に南太平洋、トンガ王

本稿では、火山噴火とその気候への影響につい国のフンガトンガ・フンガハーパイ火山が噴火して、歴史的な事例を紹介し、そのメカニズムと複た。海底火山の噴火で規模も比較的大きく、人工雑な気候影響の実態についてピナツボ火山を例に衛星の観測によれば噴煙は高度約30km の成層圏解説する。

まで到達したことが確認されている。また、今回の噴火によって今までとは違うメカニズムの“津波”が発生し、日本各地においても潮位の変化が２．火山噴火と気候にまつわる歴史的事例
人間は長い歴史の中で、火山噴火によって日射観測されたことは記憶に新しいところである。
火山噴火は噴石、火砕流、火山泥流、溶岩流な量が減少し、気温の低下につながることを経験的どにより近傍の地域や住民に大きな被害をもたらに知っていたと思われる。南極やグリーンランド

す。一方で、大規模な火山噴火によって気候が影の氷床コアには硫酸塩濃度が異常に高い年の記録響を受けることも昔から指摘されている。これは、があり、気温変化を反映する木の年輪などとも照火山噴火によって成層圏のエアロゾル（大気中のらし合わせた結果、大きな火山噴火が過去に何度浮遊微粒子）が増加し、太陽放射を遮るために地もあり、気候へ何らかの影響があったことが推定表面に到達する日射量が減少することに起因する。

されている。

古くは1815年のインドネシア・タンボラ火山の例

その因果関係について、古くは1784年の B. フが有名である。この時には噴火の翌年に北米や欧ランクリンによる考察がある1)。それによると、

州で記録的な冷夏となり、「夏のない年」と言わ「1783年の夏から数ヶ月にわたって、ヨーロッパれた1)。その結果、農作物に大きな被害が出たこや北アメリカの大部分はずっと濃い霧に覆われてとも知られている。また最近では、1991年６月にいた。この霧は乾燥していて太陽の輝きもこれを噴火したフィリピンのピナツボ火山の噴火の影響消散させることはできない。この霧のために太陽で地表気温が最大で約0.5℃低下した。ちなみにの光は弱められ、夏の間に地上を熱するという効火山噴火は温室効果ガスである二酸化炭素も放出果は著しく減少させられた。1783年から1784年のするが、1750年以降の火山噴火起源の二酸化炭素冬は、これまでにない厳しい冬になった。その原の放出量は同じ時期の人為起源による二酸化炭素

因は隕石による煙か、あるいは夏の間にアイスラ－10－

消防防災の科学ンドのヘクラ火山から大量の噴煙が長い間噴出さ射量が最大で３％近く減少したと推定されている。

れ続けたか、または、この島の近くの海底火山がH. ストンメルと E. ストンメルによる「火山噴火し、その噴煙が北半球に拡散したのかもしれ

1)と冷夏の物語」によると、タンボラ火山の気候ない」とのことである。このように、必ずしも火変化を通じた欧米への影響が極めて大きなもの山噴火の影響と特定したわけではないが、理論的であったことがわかる。噴火の翌年1816年には、には可能性があるということが指摘されている。

北アメリカ大陸北東部で記録的な冷夏になった。

その後も火山噴火が全球規模で気候に影響を及

ハーバード大学やエール大学の気象観測データにぼした例として、いずれもインドネシアで噴火し加えて、新聞記事や日記等でも様々な異常気象がた、1815年のタンボラ火山、1883年のクラカトア見られたことが記録されている。６月６日から11火山、1963年のアグン火山などがある。さらに日にかけて最初の寒波が襲い、ニューイングラン

1982年にはメキシコでエル・チチョン火山が噴火

ド地方北部で吹雪になり、7.5～15cm の積雪が記し、1991年のピナツボ火山が続いた。それ以降は録された。７月９日にはメイン州ブランズウィッ

全球規模で気候に大きな影響を及ぼすような大噴

クで朝の最低気温が0.8℃を記録し、霜が観測

火は今のところ発生していない。先日のトンガにされた。さらにバーモント州、コネチカット州、おける火山噴火も後で述べるように気候に影響す

ニューハンプシャー州でも霜が観測された。８月

ることはほとんどないと考えられている。

21日にはマサチューセッツ州ボストンでも霜が降りている。このような冷夏の状況により、ニューイングランド地方ではトウモロコシをはじめとす３．
タンボラ火山の大噴火と「夏のない年」
近年における最大規模の噴火であり、かつ様々る農作物のほとんどが全滅したと伝えられている（図１）。

な記録が残っている事例は1815年４月10日から12

この年はヨーロッパにおいても冷夏となり、飢日にかけて噴火したインド
ネシアのタンボラ火山であ   & る。この噴火によりピナツボ火山より一桁多い150km3以上の噴出物があったと推 '$"%#

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定されており、約4000m の高さの山頂が2850m になっ* , )(+た。噴煙は43km まで到達

*+

し、成層圏に注入された亜硫酸ガスは56Mt と報告さ&''

れている3)。これはピナツ報告書2) によれば、タンボラ火山の噴火で全球平均日№148 2022（春季）    

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約３倍の量にあたる。2013

する政府間パネル）第５次

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ボ火山起源の亜硫酸ガスの年の IPCC（気候変動に関+ 

図１

タンボラ火山の噴火によるアメリカ北東部への影響。

（H. ストンメル、E. ストンメル著「火山と冷夏の物語」中の図を改変）－11－

饉が発生した。ジュネーブでは夏の気温が1753年て成層圏まで届いた火山灰は雲や降水が無いため以降で最低を記録した。ドイツ、オランダ、スイに長く滞留する。しかしながら、微粒子とはいえスの新聞記事には「このような季節は人間の知る周りの気圧が地上の10分の１から100分の１で空限りでは初めて」と記録され、トウモロコシ等の気が薄いためにいずれは重力で落下し、１～２か穀物が不作になったことなどが伝えられている。

月程度で除去される。

翌1817年にはスイスで穀物の価格が３倍に高騰し一方、火山が噴火すると火山灰に加えて亜硫酸た。フランスでは政治的混乱の中で凶作のため食ガスなどの硫黄を含む気体も放出され、これも成糧不足となり、群衆が市役所に押し入り穀物を略層圏まで到達する。成層圏では亜硫酸ガスが酸化奪するなど各地で暴動が発生した。

されて硫酸の液滴（硫酸エアロゾル）に変化する。
このように前駆物質の気体から変化して形成されるエアロゾルを２次生成粒子と呼ぶ。成層圏にお４．噴火と気候影響をつなぐメカニズム

いて亜硫酸ガスから硫酸エアロゾルに変化するにさて、それでは火山噴火による気候への影響は、は約１～２ケ月かかり、直径0.1～0.2ミクロン程どのようなメカニズムによってもたらされるので度のエアロゾルが形成されて滞留する。硫酸粒子あろうか。大規模な火山噴火においては噴石などは火山灰よりも極めて小さいので、その後１～２とともに大量の火山灰が噴出され、大きさが数ミ年、長い時には数年にわたって滞留することにな

クロン以下の火山灰は対流圏上部から成層圏までる（図２）4)。硫酸エアロゾルは太陽放射をほとん達する。ここで、成層圏まで到達するということど吸収せず散乱する効果が強い。したがって、こが重要である。対流圏内では降水により洗い流さのようなエアロゾルが長期間にわたり滞留するとれてしまい１週間程度で除去される。これに対し地表に届く太陽放射（日射）を減少させることに火山灰エアロゾルと硫酸エアロゾル
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エアロゾル（Aerosol）とは何か？
Ø 大気中浮遊微粒子の総称、広い粒径範囲と多様な化学組成
１次生成エアロゾル（火山灰等）と２次生成エアロゾル（硫酸液滴等）
自然起源エアロゾルと人為起源エアロゾル（発生メカニズム）
重力落下、乾性沈着、湿性沈着（降水等）による除去
気候への影響Ø 太陽光の散乱吸収により放射収支に影響、雲凝結核として雲や降水に影響

硫酸エアロゾル

火山灰エアロゾル

図２ 火山灰エアロゾルと硫酸エアロゾル
固体または液体の粒子の形で大気中に放出され、そのまま滞留するものを１次生成粒子、前駆物質である気体が反応して粒子状の物質に変化したものを２次生成粒子と呼ぶ。

－12－

消防防災の科学ネルギーが減少するので、地球の温度が下がるこなる。
地球の表層すなわち大気、海洋、陸面のエネとは容易に想像できよう。ただし、海洋の熱容量ルギー源は99.9％以上が太陽放射によるものであは極めて大きく、大気の約1000倍もあるため、吸る。地球全体で平均すると、大気上端に入射した収する太陽放射エネルギーの変化は海面の温度変太陽放射は約30％が宇宙空間に反射され、約23％化には現れにくい。一方で、陸地は比較的影響をが大気で吸収、残りの約47％が地表面に到達する。

受けやすく、陸域の地表気温が下がる。また、下これらの値は地球上の地域や季節により変化する

層大気の気温の低下により、大気中の水蒸気量もので、そのアンバランスを解消すべく、風が吹き、減少し、降水量も減少することになる。さらに成海流が流れ、雲ができて雨が降ることによってエ層圏内ではオゾンが硫酸エアロゾルの表面で塩素ネルギーが輸送される。大きな火山噴火による成と反応、分解し、南極のオゾンホールと類似のメ層圏のエアロゾルは、この地球表層のエネルギーカニズムで減少することも報告されている5)。

源である地表に届く太陽放射の値を変化させるこ

1991年６月のピナツボ火山の噴火の場合には、とになり、その結果、気候を変化させることにな陸域の平均で最大約0.5℃気温が低下したことがるのである。

観測されている6)。しかしながら、気候影響の地成層圏の硫酸エアロゾルが気候に及ぼす影響を理的な分布と時間変化は複雑で、噴火後半年程度考える際に、もう一つ注目すべき点がある。それの間には、地表気温が低下する地域と逆に上昇すは、成層圏内におけるエアロゾルの輸送である。

る地域も見られた。たとえば、1991年の冬には北成層圏においても基本的には対流圏上層と同様にアメリカ、北ヨーロッパ、シベリア東部、および東西方向の風が卓越しており、火山灰エアロゾル

南極地域で大気下層の気温上昇が観測されていや亜硫酸ガス、徐々に生成される硫酸エアロゾル

る5,6)。

は噴火後２～３週間程度で地球を東西方向に１周一方で、数年に一度ペルー沖の東部熱帯太平洋する。その後、数ヶ月から１年程度の間にブリュの海面水温が上昇するエルニーニョ現象のようにワー・ドブソン循環と呼ばれる成層圏内の南北方

地球自身が持つ自然変動のリズムもいくつかあり、向の輸送メカニズムによって硫酸エアロゾルが全ある程度大きな火山噴火でないと、その影響を正球に広がる。ここで重要なことは、噴火する火山確に評価することは難しい。先に述べたタンボラの緯度である。ブリュワー・ドブソン循環では基火山のように極めて大きな噴火の場合にはより気本的に赤道から極域に物質が輸送されるので、熱候影響が明確に現れるが、ピナツボ火山の場合に帯で火山が噴火するとエアロゾルが全球に広がりはエルニーニョも発生していたことが知られてお地球全体を覆うことになる。したがってその影響り、火山噴火の規模も相俟って地域的な気候影響も全球規模になる。一方で、高緯度にある火山がの評価には限界がある。すなわち、火山噴火によ噴火した場合は、それよりもさらに緯度の高い地る成層圏エアロゾルの変化、そして日射量の変化域には影響するが、低緯度や反対側の半球には輸までは因果関係を追求することができるが、さら送されにくく影響を受ける地域は限定的になる。に気温や降水量の変化、そしてそれらの各地域における変化との関係性を正確に解明することは難５．複雑な気候への影響～ピナツボ火山の例
日射量が減少すると、陸地や海洋が受け取るエ№148 2022（春季）しい。冒頭で紹介した今年１月のトンガの火山噴火においては、人工衛星の観測から、成層圏に運ばれた亜硫酸ガスの量はピナツボ火山のときの約20分の１と推定されており、気候への影響は極め－13－て小さいものと考えられる。

６．まとめ
大規模な火山噴火はある条件が揃うと地球全体の気候に大きな影響を及ぼすことがある。その条件とは、大量の火山灰や亜硫酸ガスが成層圏まで届くこと、そして、火山が赤道付近の緯度帯に位置することである。成層圏に入った火山灰は１～２ヶ月で重力落下により除去されるが、同時に注入された亜硫酸ガスは成層圏内で酸化され硫酸エアロゾルに変化する。硫酸エアロゾルは極めて小さな微粒子であり、成層圏内に１～２年あるいはそれ以上滞留する。さらに成層圏内の南北循環により赤道から南北両半球の極域まで広がり地球全体を覆うことになる。その結果、日射量が減少し、地表気温が下がるなど地球全体の気候に影響を及ぼすことになる。しかしながら、その影響はエルニーニョなど他の気候変動要因と区別することが難しい場合もあり、地域ごとの影響を評価するに【参考文献】
1) H. ストンメル、E. ストンメル、1985:「火山と冷夏の物語」、地人書館、238pp.
2) IPCC, 2013: Climate Change 2013: The PhysicalScience Basis. Contribution of Working Group I to
the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental
Panel on Climate Change [Stocker, T.F., D. Qin,G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung,
A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.)].
Cambridge University Press, Cambridge, United
Kingdom and New York, NY, USA, 1535 pp.
3) Toohey, M. and M. Sigl, 2017: Volcanic stratosphericsulfur injections and aerosol optical depth from
500BCE to 1900CE. Earth Syst. Sci. Data, 9, 809831, https://doi.org/10.5194/essd-9-809-2017
4) Nakajima, T., M. Tanaka, T. Hayasaka, Y. Miyake,Y. Nakanishi, and K. Sasamoto, 1986: Airborne
measurements of the optical stratiﬁcation of aerosols
in turbid atmospheres. Appl. Opt., 25, 4374-4381.
5) Robock, A., 2002: The Climatic Aftermath. Science,295, 1242-1244.
6) Kirchner, I., G. L. Stenchikov, H.-F. Graf. A.
Robock, and J. C. Antuna, 1999: Climate model
simulation of winter warming and summer coolingfollowing the 1991 Mount Pinatubo volcanic eruption.
J. Geophys. Res., 104, 19039-19055.

は限界がある。今後、特に地球温暖化が進む中で大きな火山噴火が発生した場合、その気候への影
響を正確に評価するためにはさらなる研究の進展が望まれる。

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