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桜島における 2020 年 6 月 4 日の噴火による火山岩塊の解析
Analysis of ballistic projectiles ejected during the June 4, 2020 eruption of Sakurajima volcano〇常松佳恵・山田大志・中道治久・横尾亮彦〇Kae TSUNEMATSU・Taishi YAMADA・Haruhisa NAKAMICHI・Akihiko YOKOO
Sakurajima volcano, one of the most active volcanoes in the world often eject large pyroclasts of several meters insize. These pyroclasts, often travel drawing parabolic trajectories and deposit around the vent, are called ballistic
projectiles. A large ballistic block ejected during the eruption on June 4th, 2020 and it landed on the field near thetown called “Yuno” in Sakurajima. To assess the risk of these ballistic projectiles, we estimated the ejection andlanding velocity based on the comparison of images taken by monitoring camera with numerical simulation results.
The analysis of the images showed that the maximum height of the ballistic projectile reached 2210 a.s.l. We havesuggested two kinds of estimation method assuming that 1) ejection axis was vertical and 2) ejection axis wasinclined. Both methods estimated the ejection velocity larger than 100 m/s. This means that the ballistic blocks oflarger than 70 cm can damage a roof of buildings made of reinforced concrete.
１．はじめに
桜島火山においては過去にも大きな岩塊が噴出される噴火が発生しており（井口ほか,1983;井を比較することによって、逆算的に噴出速度・角度等の噴出条件を推定した。
(a)

口・加茂,1984）, 2020 年 6 月 4 日の未明にも火口から 3.4 ㎞ も離れた「湯野」と呼ばれる桜島の南部の居住域内に岩塊が落下した。この際に岩塊は落下地点の周辺に直径約 6 メートルのインパクトクレータを形成した。また、岩塊は衝撃によっていくつかの破片に砕けており、岩塊の大きさは計測できなかったが、破片をつなぎ合わせると、砕け散る前は 50-70 cm ほどの大きさではなかっ(b)

たかと想像される。一方、この噴火の際には、湯野の着弾地点から 100 メートル離れた資材置き場の屋根にも岩塊によると考えられる穴が開いていた。このように、火山岩塊は建物などを破壊する大きなエネルギーを持って飛来し、火山周辺の居住地に被害を及ぼすことがある。よって、被害を軽減するためには岩塊はどれくらいのエネルギーを持って噴出し、降下するのかを推定してそれに応じた対策を取る必要がある。今回の噴火によって噴出した岩塊のエネルギーを推定するた
め、モニタリングカメラの映像と数値計算の結果

図 1 (a)モニタリングカメラから見える桜島の様子。
(b)モニタリングカメラからの視点と鉛直方向の視野との関係。

２．手法
モニタリングカメラの画像は、桜島の南東に位

条件 2: 岩塊が湯野の落下地点に到達する。
なお、シミュレーションに用いる岩塊の密度は、置する海潟の監視カメラから得られた画像を用

実際に湯野に落下した岩塊の破片の密度を測定

い、噴石の最高到達高度などを推定した。なお、して得られた 2883 kg/m3 を用いた。

視野を確認するために、Google Earth を用い、モニタリングカメラからの視野における左端と右端の地点を地図上で表し、その左右の端を通る断面図を国土地理院がインターネット上で提供す３．結果と考察
モニタリングカメラの映像から推測された岩塊の最高到達高度は海抜 2870 m であった。

る Digital Elevation Model（DEM）から作成して、映像解析とシミュレーションによって求めらピクセル値と実際の距離との対応関係を抽出しれた最高到達高度および最大到達地点の情報なた（図 1）。

どによって推定される噴出速度は、岩塊の放出軸シミュレーションには Ballista(Tsunematsu etが傾いていた場合も、鉛直直上に放出された場合al., 2016)を用いた。Ballista は複数の岩塊を同でも 100 m/s 以上と見積もられた。これは、岩塊時に噴出させ、3 次元で各岩塊の移動の時間変化の直径が 70-100 cm の際、火口から 3 km 以上のを計算し、軌跡と落下地点の分布を出力する数値

距離に到達した場合には衝突エネルギーが 104 Jモデルである。噴出地点・速度・方向・角度、岩を超える値になることを意味している。Spence et

塊の密度・大きさを入力パラメータとして、岩塊al. (2005) によると、これは鉄筋コンクリートのごとに以下のような運動方程式を解く。

屋根を貫通するエネルギーより大きい値に相当𝑚𝑚�⃗�⃗ − �𝒖𝒖⃗)|𝒗𝒗
�⃗ − 𝒖𝒖�⃗|𝐷𝐷𝒗𝒗
𝐴𝐴𝐶𝐶𝐷𝐷 𝜌𝜌𝑎𝑎 (𝒗𝒗��⃗=−− 𝑚𝑚𝒈𝒈
𝐷𝐷𝐷𝐷
2する。そのため、たとえ鉄筋コンクリートの屋根であっても、噴出した岩塊が火口から 3 km 以上

ここで、𝑚𝑚は岩塊の質量、𝑣𝑣は岩塊の速度、𝑢𝑢は周離れた地点に到達する場合には、被害が発生する

囲の気体の流速、𝐶𝐶𝐷𝐷 は抵抗係数、𝐴𝐴は岩塊の流れ恐れがある。6 月 4 日の噴火で資材置き場の屋根に垂直な方向の面積、𝜌𝜌𝑎𝑎 は周囲の気体の密度、𝑔𝑔はを貫通した岩塊は 20 cm 程の穴をあけていたこ重力加速度である。噴出条件を推定する際には、とを考えても、この噴火における岩塊の放出は大鉛直上向きから湯野の方向に何度か傾いた方向

きなエネルギーを持ち、被害を発生させるのに十に放出された場合と、岩塊がほぼ直上に放出され分であったことがうかがえる。

たと仮定する 2 つのパターンを考えて噴出条件を推定した。
岩塊の放出軸が傾いていた場合、以下のような以上のようなことから、今後も桜島における噴火では岩塊による被害を防ぐため、建造物の強化などの対策が必要と考えられる。

条件をどちらも満たすシミュレーションケース

なお、共同研究においては火山岩塊の大きさとの入力パラメータを噴出条件であると推定する。

岩塊が受けるガスの推進力や回転の様子が岩塊

条件１: 実際に落下した地点（湯野）の近くに岩の飛翔にどのように関係するかを探るため、桜島塊が飛んだ。

における火山岩塊のハイスピード観測を行って条件２: 噴出したすべての岩塊のうち、最大距離いる。今後はモニタリングカメラだけでなく、キが実際のものに近い。

ャンペーン観測等で得られる詳細なデータを利

また、岩塊がほぼ直上に放出されたと仮定する

用して、岩塊の飛翔におけるエネルギー減衰の仕場合は以下の条件をどちらも満たすパラメータ

組みや岩塊の大きさや到達距離との関係についを噴出条件であると推定する。て、さらに議論を進める予定である。

条件１: 岩塊の最大到達高度がモニタリングカ
メラの映像から見積もられた値と等しい。