SOUND…平成22年度助成研究より…

火山噴火による低周波音
京都大学大学院

理学研究科

附属地球熱学研究施設
助教

火山研究センター

横尾博士（理学）亮彦

火山が噴火すると、火口からは大量の火山灰面の一部、1946年に約0.2㎦の溶岩流を流出し（破砕されたマグマ）と火山ガスの混相体が噴た昭和火口跡では、2006年６月におよそ60年ぶ煙として放出される。そのため、大気は激しりとなる噴火を再開した。昭和火口の噴火活動

く揺らされ、低周波音として山体周囲へと伝は、何度かの休止期をはさみながらも現在も継播する。低周波音は、地中を伝播する地震波続しており、活動度は漸次高まってきている状とは異なり、空気という比較的単純な媒質中況にある。2010年の爆発回数は895回にも上り、を伝播することから、その過程における元情観測史上最多を更新し続けている（これまでの報の散逸が少なく、火口から遠く離れたとこ

最多爆発回数は2009年の548回だが、それ以前

ろでも低周波音を通じて噴火を観測することは山頂火口の1985年の474回であった）。桜島は、が可能である。

現在の日本において、噴火低周波音の観測研究

噴火による低周波音に関する研究は、1883年を実施するのに最適なフィールドである。のインドネシア・クラカタウ火山噴火によっ2007年、2008年に昭和火口から3.5㎞離れたて発生したものが、世界中の微気圧計で偶発地点で観測された低周波音を図１に示す。これ

れから約100年を経た1990年代に入ると、イタ
リア･ストロンボリ火山を中心に、世界中の火山で観測研究が精力的に行われるようになり、噴火の発生機構やダイナミクスなどに言及す

pressure (Pa)的に捉えられたことを契機に開始された。そ噴煙のどの部分が低周波音を励起しているのか、などといった本質的な部分にもまだ未解明な点が多く、基礎的なデータ収集の段階からは完全には脱し切れていない。
鹿児島県にある桜島火山の山頂火口で1900

2展に大きく貢献した。しかしながら、
たとえば、

power (Pa /Hz)る研究成果も数多く出てくるなど、火山学の進

1.00-1.019:58:40

19:59:00
time (hh:mm:ss)
1.3 Hz402000123frequency (Hz)45

年代半ばから始まった噴火活動は、2000年を過

図１ （上）
2007年６月15日の噴火による圧力ぎた頃から急速に衰えはじめ、2010年現在はほ変動。矢印が噴火開始を表す。（下）上図

とんど活動をしていない。その一方、山体斜の灰色区間のパワースペクトル。

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SOUNDは火口から微弱な噴火（灰放出）が継続していResearch 誌に公開された論文の付録映像には、るときにだけ観測されるものであり、噴火現象噴煙運動と低周波音波形との興味深い関係が示によって励起されたと考えるのが自然である。

されていた。火口を出たところでの、噴煙が太振幅は0.1 ～１Paオーダーと小さく（例えば同ったりやせたりするタイミングが、観測された火口での爆発だと200Paを超えることもある）、大気圧力変動の時間変化とまさに同期していた

１Hz近傍だけに明瞭なピークをもつ単調微動のである。火山噴火観測に従事する立場としてである。しかし、より近い距離にある観測点では、噴煙のどの位置（高さ）からこのような振の広帯域地震計による地震記録には、この周波動が放射されるのか、また、それは噴煙の運動数帯にエネルギーはほとんどない。また、両者や構造の何と関係しているのかといった詳細のランニングスペクトルを見比べてみても、地を、実際の現象から明らかにしたいと考えてい震のほうは数分～ 10分程度の時間経過とともる。にピーク位置がより高周波側へシフトしていく

今後の観測方針を検討するための下準備としのに対して、低周波音は変化せずにほぼ一定でて、2010年夏に桜島で低周波音観測を実施した。

あり異なる。すなわち、地震と低周波音とはカ噴火活動による噴石や火砕流の発生が予想されップリングしておらず、低周波音は、地震波伝ることから、桜島では、一般の人々はおろか、播に最適な火山内部、マグマの通り道である火研究者といえども火口から２㎞以内は立ち入り道や火口部ではなく、火口よりも上部の大気側禁止である。そのため、低周波マイクロホンので励起されたものであることが示唆される。

観測点は、火口から距離4.2㎞に位置する気象

先にも記したが噴煙の運動や噴煙内部構造と庁観測施設の一部をお借りすることにした。観

観測される低周波音との具体的な関係性につい測に使用した低周波マイクロホンはDatamarkてはまだほとんどわかっていない。工学分野でSI 100であり、マイクロホンからの出力信号はは、数値的に再現された乱流ジェットのうち、24bit、200Hzサンプリングでデータロガー（計

渦度の高い領域が周囲大気圧力場の変動波源と測技研HKS−9550）に収録した。SI 100は塩ビなっている様子が描かれていたりもする。一パイプを組み合わせて作成した簡易風防パイプ

方、地球シミュレータを用いた火山噴煙の大規に収めて使用した。データ収録期間は2010年７

模数値計算結果では、大気側圧力場の変動は、月８日から８月１日までの約24.5日である。

火口直上が波源になっているようにも見受け

図２は１分間のRMS振幅値が10Paを超えたられる。2010年11月に Journal of Geophysical

時間の平均パワースペクトルである。2010年の11106104

102

1002power (Pa /Hz)

SOUND

10-2-4

10-6

100.1

0.2

0.5

12510frequency (Hz)図２

１分間RMS振幅が10Paを超えたときの平均パワースペクトル。
灰色エラーバーは最大値・最小値を表す。

3

frequency (Hz)

2

1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2

0.1
07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 01 02day

図３

７月８日から８月１日のピーク周波数抽出結果（0.2 ～ 0.8Hz、0.9 ～２Hzの２帯域でそれぞれ計算）。シンボルサイズは毎分のRMS振幅値に比例する（１Pa以上をプロット）。

観測結果は、2007年や2008年のものとは特徴がた。また、これらの間には明瞭なノッチが存在異なっており、二つの周波数帯（0.2 ～ 0.5Hzあしていた。これらの特徴はRMS振幅が１～ 10たりと0.9 ～ 1.5Hzあたり）にピークをもっていPaの時間のパワースペクトルでもほぼ同様で

12SOUND
2010/07/12 10:26

図４2010/07/31 09:26

７月12日10時26分（ピーク周波数は0.31Hz）、７月31日９時26分（0.42Hz）の噴火画像。いずれも国土交通省大隅河川国道事務所の監視カメラによる撮影。

あり、ハワイ・キラウエア火山やエクアドル・噴煙表面の陰影に対するPIV解析を併せて実施

ツングラフア火山における観測結果とも似ていし、（1）噴煙放出過程における微動型低周波音る。上記の２帯域でのピーク周波数を時系列との各周波数帯域の発振源を明らかにするとともして表したものが図３である。これをみると、に、（2）発振源における噴煙運動の特徴を抽出

低周波側帯域はさらに二つのサブ帯域（0.2 ～し、（3）両者の定量的な関係性、低周波音の放0.3Hz、0.4 ～ 0.5Hz）に分かれそうである。国

射過程についてを検討する予定である。

土交通省大隈河川国道事務所による火山監視画

気象庁、気象研究所には観測場所、観測機器像との比較を行った結果、0.2 ～ 0.3Hzにピークをご提供いただくなど、種々の便宜を図っていが来るときの噴煙は、その外形がはっきりしなただいた。気象研究所・新堀敏基氏、鹿児島地

いタイプのものであり、0.4 ～ 0.5Hzのものは、方気象台・加藤幸司氏にはマイクロホン設置に比較的まともな噴煙である傾向が認められたご協力いただいた。サウンド技術振興財団には（図４）。

諸経費を負担していただいた。以上の方々に記

今後、火口に向かってのラインアレイ観測として感謝します。

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