粒径に着目した桜島昭和火口噴出物による活動評価指標の検討
嶋野岳人*・横尾亮彦**,***・井口正人**・味喜大介***

富士常葉大学環境防災研究科*****

京都大学防災研究所

現所属：東北大学大学院理学研究科

要旨

2008年2月から約2年間にわたり、桜島火山昭和火口における噴火の降下火山灰をほぼ毎日、自動火山灰採取装置により採取することに成功した。降灰量の増加率は加速的であり、2008年2月～2009年2月の降灰率に対し2009年2月～11月は約5倍、更に2009年2月～11月に対し2009年11月～2010年4月は約10倍の降灰率となっている。降灰量と火山灰粒子の粒径構成には2つのタイプが認められた。

キーワード: 桜島火山，噴出物観測，活動指標

1． はじめに詳細な解析は現在進行中であり（嶋野ほか，2010）、今後、マグマ供給系やマグマ上昇過程、噴火様式等

桜島火山は我が国で有数の活火山である．安永、大正噴火など、歴史時代にもたびたび規模の大きいの時間変化に関する制約条件が得られると期待される。

噴火をしているが、その一方で、これらの噴火の間一方で、噴出物の連続観測をいち早く活動予測にには、休止期を挟みつつ断続的に灰放出活動を行っつなげるためには、このような分析作業は繁雑すぎてきたと考えられている。このような小規模噴火かるため、より迅速にデータ提供ができる簡便な手法

ら大規模噴火への移行過程の理解は中長期的活動予を用いることが望ましい。しかし、噴出物を長期に測を行う上で必須の課題である。さらに言えば、2006わたって連続採取した例がほとんどないため、噴火年に58年ぶりに活発化した昭和火口の活動について活動の尺度となりうる観測量で、容易かつ客観的には、活発化から数年で溶岩流出に至った昭和噴火の（できれば定量的に）評価できるものは何か、とい場合と同様の経緯を辿っていることが指摘されており（井口ほか，2008）、今後、昭和噴火レベルの活動により的確に対処するためには、長くとも数年の時間スケールでの将来予測が必要となっているといえよう。
これまで桜島火山では、様々な地球物理学的手法に基づく連続観測によって、マグマの蓄積・移動量、深度等の推定が行われ、短期的な爆発予測や上昇過程や爆発メカニズムの理解につながる成果が得られてきた（Tameguri et al., 2002; Iguchi et al., 2008 など）。
これに対して、マグマそのもの、すなわち噴出物については、降灰量の連続観測は確立されているが、連続的かつ多角的な解析体制の整備には至っていな
い。筆者らは、火山近傍の悪条件下でも十分に動作する自動火山灰採取システムを完成させ、約2年間のFig. 1 火山灰試料採取地点。実線，破線の円はそれ連続採取に成功した（現在も継続中）。これらの試ぞれ南岳（Mn）、昭和火口（Sw）から 2km の範料の石基ガラス組成や鉱物組成等による多角的かつ囲を示している。

う点が必ずしも明らかではない。筆者らはこれまでおく。

いくつかの火山活動指標を検討してきたが（嶋野ほ

試料調整については、実験室において乾燥後、篩か，2008，2010など）、本稿では新たに、これまでい分け、秤量を行った。篩い分けは簡便性を優先しに得られた降灰量とその構成粒子サイズの解析結果て目幅 1mm のみを行い、粒径が 1mm 以上および未に基づき、その活動指標としての可能性について考満の粒子の重量を測定した。試料が多数であるため、察を行う。

篩い分けは採取量が 1g 以上の試料については全て行ったが、1g 未満の試料については、篩い分けを行

2．

観測手法・解析手法っていないものもある。

本研究では、自動火山灰採取装置（嶋野ほか，2010）

3.

採取火山灰量により、桜島火山南東麓の有村観測点（Fig. 1 の ARI）において 2008 年 2 月 14 日から 24 時間間隔で 1 試料

これまで2年間の有村観測点における火山灰採取採取し、およそ 1 ヶ月毎に回収した試料を用いた。

量（乾燥重量）は、概ね加速的な増加傾向にある（Fig.

装置上面の採取口は直径 15 cm（開口面積 0.177 m2）2）。連続観測を開始した2008年2月から約１年間はである。これまでの観測では、粒径が数 mm を超え

比較的降灰量が少なく、一日あたりの降灰量もほぼ2る噴出物が降下した場合、1m あたり数個程度しか一定していた。しかし、2009年2月から同年11月には、認められないケースも多く、採取口にこのような試比較的降灰量の多い（1 m3 あたりで50g 程度以上）料が入ることはあまりなかった。本稿では降灰量を日数が増加し、これに伴って平均的な日別降灰量の21m あたりの値（乾燥重量）として示したが、正確増加が認められた（2008年の数倍程度）。更に2009

な噴出量見積もりにはこのような開口径に対する採年11月から2010年1月には、2009年11月までの10倍程取量依存性を考慮する必要があることを付け加えて度の降灰率となっており、約3ヶ月で過去2年間の倍Fig. 2 有村観測点（Fig. 1のARI）における2008年4月から2010年4月までの積算降灰量およびF値（2009年12月の日別量は欠測だが、この間の積算値は計測）。2009年の年間平均降灰率の上昇には数回の比較的大規模な降灰（矢印）の寄与が大きい。これに対して2010年では全体的に規模の大きい噴火の頻度が高く、ステップ間隔が小さい。■ は採取量1g以上の試料のF値（試料を占める粒径1mm未満の粒子の重量％）。

ど）では、噴火様式の違いが堆積物の分布面積と堆積物を構成する細粒物質の割合によって対応づけられている。彼らは堆積物の分布範囲と構成粒子サイズに着目して，それまで経験的に知られてきたいくつかの爆発的噴火を定量的に分類した。すなわち、横軸に最大層厚の1/100となる等層厚線の囲む面積（D値）をとり、縦軸に最大層厚の1/10となる等層厚線と分布主軸が交わる地点での堆積物を占める細粒物（< 1 mm）の割合（F値；重量％）をとって様々な噴火事例についてプロットした（F-D図）。その結果、外来水の関与の少ないマグマ噴火（以下、マグマ噴火）についてはF値とD値に正の相関がみられること
Fig. 3 桜島昭和火口噴出火山灰の有村観測点におけを指摘した。また、ブルカノ式噴火とマグマ水蒸気る降下量とＦ値。ほとんどは 80％を超えるが、いく噴火では、同じD値でも上記噴火よりF値が高くなるつかの噴火では大きく下回るものがある。

ことから、外来水の関与がよりマグマの効果的な破砕に寄与しているものと考えた。の量が降下したことになる。直近数ヶ月（2010年4

Fig. 3では、降灰量に関係なくF > 80％となるもの月時点）では降灰率がやや低下した時期もあるが、（P-type）と最大降灰量に向かってF値が上昇してい概ね高いレベルで推移している。なお、これらの結くもの（M-type）の二つの変化トレンドが認められ、果は、あくまで１観測点におけるものであるが、卓特に後者では良く発泡した軽石が噴出するなどマグ越風の影響などを加味しても、他の方法で求めた総マ噴火に特徴的な噴出物が認められる。Fig. 3は縦・噴出量と定性的には整合的であることから（嶋野ほ横軸ともWalker（1973）らの値とは定義が異なり、

か，2010），火山活動の強弱を概ね反映していると噴出時の風向変化などを考慮するとそのままF-D図考えて良いであろう。と比較することはできないが、上記の２つのトレンドの存在は、F-D図と同様に何らかの噴火メカニズム4．分析試料の噴出時期と火山灰粒子粒径の違いを反映している可能性がある。

採取試料のうち，篩い分けを行った採取量が1 g以7.

おわりに上のもの（Fig. 2で↓をつけたステップ状になっているところは数g以上のものに相当）は、2008年5月を桜島昭和火口の噴火活動は、噴火活動休止期をは除き，2009年以降にのみ認められた。最大日別採取さみながらも、確実に活発化しつつ継続しており、量は22.31g（1.262 kg/m2）であった。また、試料中の今後の活動傾向の変化をいち早く検知する方法を見

粒径1mm未満の粒子の存在量は、多くの試料が90％出すことが喫緊の課題である。本稿では火山灰の構以上となった 一方 で、 山麓 に多 量の 礫が 降下した成粒子の粒径に着目し、火山活動度の評価指標とし2009年11月17日や軽石噴出が報告されている2010年ての考察を行った。今後、上記の解析を進めると同1月15日（産業技術総合研究所，2010）以降十数日間時に、これまでに得られている火口・噴煙映像記録の噴出物など、同程度の降灰量でも90％を大幅に下（横尾ほか，2010）やその他の地球物理学的時系列回る試料も認められた（Fig. 3）。なお、篩い分けをデータと比較を行うことによって、より多角的に検行わなかった 採取 量1g未満 の試 料の 多く は、粒径証し、マグマ供給系の時間変化を生むメカニズムの1mm以上の粒子を含まない場合が多く、目視観察で理解につなげていく必要がある。

は、1mm以上の粒子を含んでいる場合もその量は１割程度かそれ未満であると考えられる．

6. 考察：火山灰粒径と活動度

謝辞本研究で行った桜島での降下火山灰の採取は、京都大学防災研究所附属火山活動研究センター、石原

火砕堆積物を構成する粒子のサイズ分布について

和弘氏をはじめとする同センター職員諸氏による支は、古くから解析が行われている。中でも噴火様式援を受けて実施した。自動火山灰採取装置の立案・と堆積物の分布および粒度特性を関連づけたWalker

設計・作製からトラブル対応までの全般については、(1973)やこれに続く一連の研究（Wright et al., 1980な

東北大学理学部技術部の方々ならびに同理学研究科の西村太志氏の御尽力によるところが極めて大きい。

る桜島火山の噴火活動評価手法の検討. 桜島火山以上の方々に厚く感謝いたします。なお、本研究のの集中総合観測, 9, 165-172.

一部には、科研費補助金（No. 18740332，代表：嶋嶋野岳人・横尾亮彦・井口正人・味喜大介（2010）

野岳人；No. 20310104，代表：井口正人）、平成21

桜島昭和火口噴出物の連続サンプリングによる活年度京大防災研一般共同研究（代表：嶋野岳人）経動監視. 平成21年度京都大学防災研究所一般共同費を使用した。

研究報告書, 29-36.
Tameguri, T., Iguchi, M. and Ishihara, K. (2002)

参考文献

Mechanism of explosive eruptions from moment tensor
analyses of explosion earthquakes at Sakurajima

井口正人・為栗健・横尾亮彦 (2008) 火山活動の経

volcano, Japan. Bull. Volcanol. Soc. Japan, 47,

過－1997～2007年－. 第10回桜島火山の集中総合

197-215.

観測, 1-18.

Walker G.P.L. (1973) Explosive volcanic eruptions – aIguchi, M., Yakiwara, H., Tameguri, T., Hendrasto, M.

new classification scheme. Geol. Rundsch., 62, 431-

and Hirabayashi, J. (2008) Mechanism of explosive446.

eruption revealed by geophysical observations atWright, J.V., Smith, A.L., and Self, S. (1980) A working

Sakurajima, Suwanosejima and Semeru volcanoes. J.

terminology of pyroclastic deposits. J. Volcanol.

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Geotherm. Res., 8, 315-336.

産業技術総合研究所（2010）桜島南岳昭和火口から横尾亮彦・井口正人・為栗健・園田忠臣（2010）20102010年1月15日夕～16日朝にかけて噴出した軽石.

年までの桜島昭和火口の噴火活動について. 平成

第115回火山噴火予知連絡会資料.

21年 度 京 都 大 学 防 災 研 究 所 一 般 共 同 研 究 報 告 書 ,嶋野岳人・花田泰裕・井口正人（2008）火山灰によ3-16.

Grain Size Monitoring of Ashfall from Showa Crater by Time Series Sampling at Sakurajima Volcano

Taketo SHIMANO*, Akihiko YOKOO**, ***, Masato IGUCHI** and Daisuke MIKI***Fuji Tokoha Univ., **DPRI, Kyoto Univ., ***Present address: Tohoku Univ.

Synopsis
Ash samples have been collected daily at Sakurajima Volcano for about two years since February 2008 byautomatic ash sampling system. The average accumulation rate has been gradually increased to date; the ratefrom February to November 2009 is several times that from February 2008 to February 2009, and that fromNovember 2009 to April 2010 is about ten times that from February to November 2009. There are twovariation trends between the amount of ash fall and the fraction of fine particles (< 1mm in diameter) which
may be correlated with different types of eruptions or mechanisms.
Keywords: Sakurajima volcano, monitoring of eruptive products, index of activity