特集富士山噴火に備える

世界初の多方向 3 次元透視が明らかにした大室山の内部構造
小山真人 こやま まさと 静岡大学防災総合センター
宮本成悟 みやもと せいご 東京大学地震研究所
長原翔伍 ながはら しょうご 神戸大学大学院
鈴木雄介 すずき ゆうすけ 株式会社 STORY

火山のふるまいは実に不思議であり，その解釈や予測は難しい。せめてその内部を覗くことができればスコリア丘を透視する……それは火山学者すべての見果てぬ夢であった。
伊豆高原にそびえる優美な火山・大室山，その透視活火山・伊豆東部火山群に属する大室山は，おによって火山内部のマグマの営みが可視化され，夢よそ 4000 年前の噴火で誕生したプリン形の単成の一部が現実となった。

火山（スコリア丘）である＊1（図 1）。大室山から流れ出＊1―単成火山は，ただ一度の噴火で生じた小型の火山であり，スコリア丘，溶岩ドーム，マール，タフリングなどの種類がある。スコリア丘は，粘性の低いマグマのしぶきであるスコリア

3 D density tomography determined from multi-directional（暗色のスポンジ状火山ガラス）が，火口の周囲に降り積もってmuography of the Omuroyama volcano, Japanできる。溶岩ドームは粘性の高いマグマが火口の周囲に盛り上

Masato Koyama, Seigo Miyamoto, Shogo Nagahara, and Yu-がってできる。マールやタフリングは，浅瀬や湿地で大量の水

suke Suzukiとマグマが触れ合う爆発的噴火によって生じる。なお，単成火世界初の多方向 3 次元透視が明らかにした大室山の内部構造

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要としないため，インフラが整備されていない場所への設置も容易である。低運動量の粒子によるノイズを除去して解像度を高めるため，本研究では 10 cm×12.5 cm の原子核乾板 20 枚と鉛板 19枚を交互に積層させた観測ユニットを組み立てて設置した3。

60〜90 日間にわたる観測の後，ユニットを回収してフィルムを現像した。高エネルギー粒子の飛跡は，フィルム内に銀粒子の整列線として記録される。それらを名古屋大学の高速自動スキャ
図 1―北西側から見た大室山スコリア丘

ナ4と独自ソフトウェア5を用いて読み取り，ミューオンの飛跡を分別した。

た溶岩は，周囲に広がる山地の凹凸を埋めて伊豆1 方向からのミュオグラフィで測定可能な観測高原をつくるとともに，相模湾に流れ込んで城ヶ量は，ミューオンの経路に沿った密度と長さの積崎海岸を誕生させた。スコリア丘は世界中にその分（密度長）であり，経路上の密度分布の情報を含分布が知られているが，その立体的かつ詳細な内まない。したがって，火山内部に興味深い密度コ部構造を明らかにした例はほとんどなかった。

ントラストが見つかったとしても，それが火山体

しかしながら，ミューオンと呼ばれる宇宙線をのどの部分からの寄与なのか不明である。そこで，使った物体の透視技術（ミュオグラフィ）が，それを既存の 3 次元密度イメージング技術として名高可能とした。透過する物体の密度が高いとミュー

い医療用 X 線 CT と同様に，ミューオンの観測オンの透過率が下がるので，その内部を人体のレ方向を増やすことによって空間分解能を高めるこ

ントゲン写真のように透視することができる 。とを目論んだ。

1＊2構造の単純すぎる溶岩ドームや，山体が扁平なた

これまで火山のミュオグラフィを 2 または 3めに透視に向かないマールやタフリングと異なり， 方向から実施した研究もあったが，解像度が十分
スコリア丘の内部には岩脈や溶結部などによる密ではなかった。本研究では大室山をぐるりと囲む度コントラストの存在が見込まれるため，透視の11 地点に観測ユニットを設置し，そのうちの 10成果が期待できる。また，スコリア丘を対象とし地点から得られた良質のデータから，線形インバて基本的な技術やノウハウを培うことによって，ージョン法を用いて大室山内部の 3 次元密度分より複雑な構造をもつ複成火山の透視技術も高め布を求めた。なお，10 地点もの多方向から火山られると筆者らは考えた。の立体的透視に成功したのは世界で初めてである。

多方向 3 次元ミュオグラフィ

透視された内部構造とその解釈

ミューオン観測に用いたのは原子核乾板（特殊な多方向 3 次元ミュオグラフィによって，これ乳剤を塗ったフィルム）であり，そこを通過した高エまで誰も見たことがなかった驚異的な解像度で大ネルギー荷電粒子の飛跡が記録される。電力を必室山内部の 3 次元密度構造が露わになった（図 2）。

山に対し，休止期間をはさみながら何度も噴火して大型の山体続いており，マグマが上ってきた通路（火道）とみ

山頂火口の真下には密度の高い部分が地下へとを成長させる火山を複成火山と呼ぶ。
＊2―ミュオグラフィによる透視の成功例として，エジプトのクフ王ピラミッドでの成果2が有名である。

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られる。さらにその通路から北北東・南南東・西の 3 方向に分岐した高密度部があり，割れ目に

岩室山

山頂火口

大室山側火口

500

溶岩流IVm密度（×1000 kg/m3）
0.0〜0.5
0.5〜1
1〜1.5
1.5〜1.7
1.7〜1.8
1.8〜2.0
2.0〜2.3

N

500 m
400 m

300 m

側火口
500

溶岩流IVm

図 2―大室山内部の 3 次元密度構造（カラー図版は618 ページに掲載）（上）大室山スコリア丘の地形陰影図。静岡県高密度点群データにもとづく 10 cm メッシュ標高データを使用。（下）ミュオグラフィによって透視された大室山内部の 3 次元密度分布。白丸はミューオン観測ユニットの設置場所。西麓の溶岩流 IV ならびに南山腹の側火口の位置と概形，10 m 間隔の地形等高線も示した。この図の 3D 画像を以下のサイトで公開中。https://www.eri.u-tokyo.ac.jp/CHEER/data/omuro3ds/

マグマが入り込んだ岩脈と解釈できる。西に進ん以上から，大室山の主要な噴火推移と周辺地形だマグマは大室山の西麓に溶岩流 IV となって漏の形成プロセスを，これまでわかっている噴火れ出し，南南東に進んだマグマは山腹で噴火を起

史7，新たな調査で得た地形・地質学的データ，こして側火口をつくったとみられる。これまで地ならびにミュオグラフィから判明した密度構造と表の限られたデータから類推するしかなかった地合わせて，以下のように組み立てた（図 3，丸数字で下のプロセスが，透視によって可視化されたので形成順序を示す）。

ある。

まず，①溶岩流Ⅰを西麓に流出させながら①ス岩脈が 3 方向の放射状となる理由は，マグマコリア丘の大部分が形成された後，北東麓から②上昇によって生じる山体の膨張がもたらした力学

溶岩流 II，南麓から②溶岩流 III があいついで流的結果と考えるのが自然である。同様な 3 方向出した。両者の流出口は溶岩流 I と違って大室山の岩脈群は，単成・複成を問わず世界中の火山にの中心から離れているため，中心火道から放射状例がある。一方，大室山が属する伊豆東部火山群に 2 方向への岩脈貫入が起きた先で流出口が生は伊豆弧と本州弧との衝突による北西―南東方位じたとみられる。おそらくスコリア丘形成末期のの圧縮場に位置するため，同方位の火山配列が卓火道閉塞による中心火道内のマグマ増圧によって越することが知られていた 。このことは大室山岩脈貫入が生じたのであろう。なお，このときの内部の岩脈方位が放射状になることと一見矛盾す岩脈はスコリア丘の山体より下に位置するため，るように見えるが，山体内など地下のごく浅い部

今回のミュオグラフィの観測範囲外にある。

6分は広域応力場の影響を受けにくいため，マグマ溶岩流 II と III の流出末期の粘性増加により両上昇の際に生じた局所的な応力場に支配されたの者の流出口に③溶岩ドーム 2 つ（北東麓の岩室山と南だろう。

麓の森山）が形成して溶岩流出は停止した。このた

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②溶岩流 II
N

③溶岩ドーム④溶岩湖①溶岩流 I⑤側火口⑤溶岩流 IV②溶岩流 II①スコリア丘③溶岩ドーム500m①溶岩流 I②溶岩流 III

図 3―大室山の噴火推移と周辺地形の形成プロセス
詳細は本文参照。

め，出どころを失ったマグマが再度上昇し，山頂と一線を画するものである。今後，ミュオグラフ火口内に④溶岩湖を形成した。

ィの効率や解像度を一層高めていけば，たとえばその後のさらなる増圧によって山体内の中心火火山の中心にあるマグマの急激な側方移動を捉え道から北北東，西，南南東の 3 方向に放射状岩た場合，確たる根拠をもってその方角の山麓住民脈が貫入した（図 3 に示す 3 つの白破線矢印）。これらのを避難させることができるようになるだろう。

岩脈が今回透視されたものである。西に向かった岩脈は山体の西麓に⑤溶岩流 IV を流出させ，南南東に向かった岩脈は南山腹の⑤側火口を噴火させた。この岩脈貫入にともなうマグマ頭位の低下によって山頂火口内の溶岩湖は消滅し（北東端部のみ火口内に現存），噴火は終了へと向かった。

謝辞 ミューオン飛跡の読み取り装置とソフトウェアを使用させて頂いた名古屋大学の森島邦博・中野敏行の両氏に感謝する。

文献1―田中宏幸・竹内薫: 素粒子で地球を視る．東京大学出版会（2014）
2―K. Morishima et al.: Nature, 552, 386（2017）

火山防災への見通し

3―S. Miyamoto et al.: Geoscientific Instrumentation Methods（2021）; S. Nagahara et al.: Submitand Data Systems, 11, 127（2022）
ted to Bulletin of Volcanology

火山の噴火にともなうドラスティックな現象をいち早く捉え，それが何をもたらすかを察知することは防災上きわめて重要である。しかし，従来の観測技術では，観測データに生じる変化の意味を的確に解釈して確度の高い警告に結びつけることは困難な場合が多かった。
今回の研究によって大室山の詳細な噴火推移が明らかになるとともに，とくに山体内の岩脈形成と側噴火との関係が可視化された。こうした火山内部のマグマ移動を直接可視化するという点において，ミュオグラフィは従来の間接的な観測技術

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4―M. Yoshimoto et al.: Progress of Theoretical and Experimen（2017）tal Physics, 10, 103H01
5―K . Hamada et al .: Journal of Instrumentation , 7, P 07001（2012）
6―小山真人: 科学，63, 312（1993）; 小山真人: 伊豆の大地の物
語．静岡新聞社（2010）
7―古谷野裕・他: 地学雑誌，105, 475（1996）

【小山真人・他：世界初の多方向 3 次元透視が明らかにした大室山の内部構造，本文 pp. 637-640】
岩室山

山頂火口

大室山

側火口

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溶岩流IVm密度（×1000 kg/m3）
0.0〜0.5
0.5〜1
1〜1.5
1.5〜1.7
1.7〜1.8
1.8〜2.02.0〜2.3

N500 m
400 m

300 m

側火口
500

溶岩流IVm

図 2―大室山内部の 3 次元密度構造（上）大室山スコリア丘の地形陰影図。静岡県高密度点群データにもとづく 10 cm メッシュ標高データを使用。（下）ミュオグラフィによって透視された大室山内部の 3 次元密度分布。白丸はミューオン観測ユニットの設置場所。西麓の溶岩流 IV ならびに南山腹の側火口の位置と概形，10 m 間隔の地形等高線も示した。この図の 3D 画像を以下のサイトで公開中。https://www.eri.u-tokyo.ac.jp/CHEER/data/omuro3ds/【吉本充宏：富士山ハザードマップの改定，本文 pp. 641-646】

図 1―想定火口範囲の改定3
左は 2004 年版，右は今回改定した図。

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