火山 第 61 巻 ( 2016)
第 2 号 465-475 頁

解説・紹介

ブルカノ式噴火研究の現在地
三 輪 学 央＊
（2015 年 12 月 24 日受付，2016 年 3 月 2 日受理）

The Present Position of the Study of Vulcanian Eruption
Takahiro MIWA＊
1．は じ め に

究奨励賞という形で評価していただき，その内容を解

火山噴火は地球上で見られる最もダイナミックな自然説・紹介する機会を頂いた．本稿では，著者による桜島現象の一つであり，そのメカニズムを理解することは科

火山の研究を紹介しつつ，現時点で得られているブルカ

学的に興味深い課題である．また，そのメカニズムの定ノ式噴火に関する理解をまとめていく．まず，第 2 章で性的・定量的な理解は，防災・減災へ適切な指針を与えはブルカノ式噴火の一般的特徴を説明する．第 3 章ではうるという観点からも極めて重要である．

ブルカノ式噴火のメカニズムを蓋形成過程や減圧過程の表面現象として火山噴火が観察されるとき，或いは観観点から論ずる．第 4 章ではブルカノ式噴火の中長期的察される前，地下ではマグマが火道を流れている．火道

活動，すなわちブルカノ式噴火が繰り返し発生する場合を流れるマグマは地下から地表への道中で，減圧・発泡・の噴出物の特徴や，その特徴を抽出するための手法を論

脱ガス・結晶化といった様々な物理過程を経験し，そのじる．そして，第 5 章では本稿のまとめと，ブルカノ式

結果が噴火の表面現象の多様性（規模・強度・様式など）

噴火研究に関する今後の展望について簡単に述べる．

として表れる（e.g., Eichelberger et al. 1986）．上昇するマ
グマは減圧，発泡することによって密度の低下を引き起2．なぜブルカノ式噴火なのかこし，さらなる上昇が促される．一方で，脱ガスや結晶

火山噴火メカニズムを理解する上で，ブルカノ式噴火

化はマグマ密度や粘性の増加を通してマグマ上昇を妨げは「地味」で「起こりやすい」が故に非常に良い研究対る．火山噴火現象のメカニズムを知ることは，このよう象となる．地味さはブルカノ式噴火を火山爆発現象の最な地下で流れるマグマの実態を理解することに他ならなもシンプルな形と捉える助けとなる．また，起こりやす

いが，噴火中の火道を流れるマグマを直接観察するのはさは現象を繰り返し観測することを可能とする．本章で不可能である．そこで我々は，火山噴出物を採取・解析し，は，ブルカノ式噴火の地味さと起こりやすさに着目しつ

その岩石組織や化学的特徴からマグマ上昇過程を間接的つ，その一般的特徴について説明する．

に推測してきた．特に，マグマの減圧・脱水・発泡・脱ブルカノ式噴火は，短い継続時間と小さな噴出量の単ガスに伴って形成される気泡やマイクロライト（石基結

発的な爆発として特徴づけられる「地味な」噴火である．

晶）に関する噴出物組織解析と，岩石組織形成に関する

ブルカノ式噴火では突発的な爆発に続いて，火砕物と火

実験的・理論的研究が組み合わさって，天然のマグマ上

山ガスからなる噴煙が数秒〜数十分程度の継続時間で放昇過程を明らかにする試みが進展してきた（e.g., Cashman,

出される．この突発的な爆発に伴い衝撃波（空振）が放1992 ; Toramaru et al., 2008 ; Brugger and Hammer, 2010）．

出され，爆発地震と呼ばれる振幅が比較的大きな低周波

著者はこれまで，桜島火山のブルカノ式噴火による噴地 震 も 励 起 さ れ る（e. g., Self et al., 1979 ; Iguchi et al.,

出物について，その組織解析からマグマ上昇過程の推定2008）．このとき放出される火砕物は，数 m スケールのを行ってきた．今回，これまでの研究を日本火山学会研

火山岩塊などの弾道放出物，あるいは噴煙を主体的に構＊〒305-0006 茨城県つくば市天王台 3-1
国立研究開発法人防災科学技術研究所
National research institute for earth science and disasterprevention, Tennodai 3-1, Tsukuba, Ibaraki 305-0006, Japan.
e-mail: miwao@bosai.go.jp

466

三輪学央

成 す る 火 山 灰 及 び 火 山 礫 で あ る（e. g., Morrissey and

鎖系へと変化する過程と言える．ここではブルカノ式噴

Mastin, 2000）．ブルカノ式噴火による噴出量は一般的な火活動のサイクルがよく検討されている桜島火山を例にプリニー式噴火のそれよりも数桁以上小さい．一回のブして，この準備過程を論じる．桜島火山ではブルカノ式

ルカノ式噴火による火砕物の噴出量は，Soufriere Hills 火噴火活動が活発化する前に，しばしば連続的なストロン

山で 1996 年 9 月 17 日に発生した比較的大きなイベント

ボリ式噴火が発生する（e.g., Iguchi et al., 2008）．このスでも 105 〜107 kg 程度と見積もられているのに対し，一

トロンボリ式噴火が発生しているとき，火道出口は開放

1115

般的なプリニー式噴火による噴出量は 10 〜10 kg で系となり，深部から未脱ガスマグマが浅部へ供給され，ある（Carey and Sigurdsson, 1989 ; Robertson et al., 1998）．

地表へ放出されていると考えられる．この噴火による火

ブルカノ式噴火では，その噴出量の少なさに対応するよ山灰はブルカノ式噴火のものと比較して，高発泡度・低

うに，噴煙高度は大半が数 km 以下である．噴煙高度が結晶度であり，且つ付着成分分析から得られる非水溶性

20 km を越えるようなイベントも知られているが，その塩 素 濃 度 が 高 い（Nogami et al., 2006 ; Yamanoi et al.

発生は稀である（Nairn and Self, 1978 ; Cassidy et al., 2015）．

2008）．また，ストロンボリ式噴火に伴う BL 型地震群

ブルカノ式噴火は一連の活動において，数か月から数発と地殻変動の解析は，発泡マグマの浅部への供給と，年の中長期に渡って爆発を繰り返すことが多い．よく知

それに伴う深部での火道収縮を示唆している（立尾・井られているように，桜島火山では 1955 年から現在まで

口，2009）．これに対して，ブルカノ式噴火の前には火道

ブルカノ式噴火を繰り返す活動が断続的に続いている

出口が閉鎖系になっていると考えられる．ブルカノ式噴（石原，2000）．このときの噴火発生頻度は様々であるが，火の前には山体膨張による地殻変動が観測され，火道浅

例えば昭和火口が活動を始めた 2006 年から 2014 年の間部で増圧が起きている．また，ブルカノ式噴火による噴では，約 7,400 回の噴火イベントを観測している（気象

出物は高密度・低発泡度，且つ揮発性成分に乏しいもの

庁）．このようなブルカノ式噴火の繰り返し活動は，溶であり，マグマが火道浅部で比較的長時間滞在し，噴出岩ドームを形成する噴火や，より爆発的な噴火のクライを妨げる蓋となっていたことが示唆される（e.g., 大庭・

マ ッ ク ス相 の 前 に もし ば しば 観 察 さ れ る．雲 仙 火 山

他，
1981 ; Nogami et al., 2006 ; Yamanoi et al., 2008 ; Miwa et

1991-1995 噴火では，溶岩ドーム形成の序盤に複数回のal., 2009 ; Miwa et al., 2013 ; Miwa and Toramaru, 2013）．

ブルカノ式噴火が発生したことが知られている（Nakada

さらに火山ガス観測からも，ブルカノ式噴火発生前に火et al., 1999）．また，Pinatubo 火山の 1991 年噴火ではクラ

口からの SO2 flux が減少することが報告されており，火イマックス相であるプリニー式噴火の前，50 時間内に道出口の閉鎖系への変化を支持する（Yokoo et al., 2013）．

17 回のブルカノ式噴火が発生した（Hoblitt et al., 1996 ;以上で紹介したのは桜島火山の例であるが，浅間火山

Hammer et al., 1999）．あるいは，霧島新燃岳 2011 年噴火

2004 年噴火でもストロンボリ式噴火から複数回のブルのように，サブプリニー式噴火ステージ終了後の数か月

カノ式噴火活動への変化が観察されている（野上・他，

間，ブ ル カ ノ 式 噴 火 が 繰 り 返 し 発 生 す る こ と も あ る2008）．また，火道出口における開放系から閉鎖系への（Nakada et al., 2013）．

遷移という意味では，霧島新燃岳 2011 年噴火で見られたサブプリニー式噴火ステージからブルカノ式噴火ス

3．ブルカノ式噴火のメカニズム

テージへの遷移も，規模は異なるが似た現象なのかもし

この章では，先行研究と著者による研究を織り交ぜなれない（Nakada et al., 2013）．

がら，ブルカノ式噴火のメカニズムを論じる．ブルカノ

火道出口が閉鎖系となるためには，火道内部に蓋の役

式噴火の普遍的なイメージは，火道浅部でのガスを含ん割をするキャップロックが形成されれば良い．この考えだ高圧源の破裂であろう（Self et al., 1979 ; Turcotte et al.,はブルカノ式噴火による噴出物に高密度・低発泡度な噴1990 ; Woods, 1995）．高圧源は「蓋」によって大気と隔出物が多く含まれることからも支持されている（e.g.,

てられ，この蓋が取り去られることで火道内が急減圧さ

Yamagishi and Feebrey, 1994）．火道浅部での増圧過程はれ，火砕物が放出される．この考えに基づくとブルカノ

マグマ結晶化に伴う発泡，火道浅部でのマグマ粘性増加，式噴火過程は，蓋の除去を挟んで，爆発準備としての蓋

発 泡 マ グ マ の 浮 力 な ど が 考 え ら れ て き た が（Sparks,

形成・増圧過程と，噴出物を放出する爆発・減圧過程の1997 ; Stix et al., 1997 ; Melnik and Sparks, 1999 ; 竹内・他，

二つに大まかに分けることが出来るだろう．本章では，2006 ; Burgisser et al., 2011），いずれのメカニズムでもこの区分けに基づいて議論を進めていく．

キャップロックの構造は重要である．このキャップロッ

3-1

蓋形成・増圧過程

ブルカノ式噴火の準備過程は火道出口が開放系から閉クを含めた火道浅部マグマの構造は 2000 年代以降のいくつかの物質科学的研究で議論されており，最上部に低ブルカノ式噴火研究の現在地

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発泡度・高結晶度なマグマが存在し，その下部には高発
泡度・低結晶度なマグマ（Yamanoi et al., 2008 ; 阪上・他，
2011），またその下部には低発泡度・低結晶度なマグマが存在するという描像が得られている（Clarke et al., 2007 ;Burgisser et al., 2010）．このような発泡度・結晶度の垂直分布の形成過程について Diller et al. (2006) は，上昇する
マグマにおいて火道に沿った方向・火道壁方向の脱ガスを考慮した火道流モデルを構築し，計算結果が Soufriere
Hills 火山で推定された発泡度の垂直分布と火道浅部の増圧をよく説明するとした（Clarke et al., 2007）．火道浅部マグマの構造や形成過程はよく検討されてきたものの，その定量的な形成条件や，準備過程を反映している
前駆 BL 型地震とマグマの性質の関係などは明らかではなかった．そこで著者らは，ブルカノ式噴火の爆発準備過程の詳細を明らかにするため，桜島南岳産火山灰の岩石組織解析や化学分析を行った．

Fig. 1. The relation between microlite number density(MND) and maximum amplitude of explosion earthquake (Aeq). Note that the horizontal axis is logarithmic. Modified after Figure 9 a in Miwa et al. (2009).

Miwa et al. (2009) は桜島南岳で 1970〜1980 年代に発生した計 17 回のブルカノ式噴火について，火山灰の岩石学的解析を行うことで，火道浅部の脱ガスマグマの形

空振強度との相関を見出し，噴火準備過程の変化が表面成条件を定量的に示した．この研究では非発泡・高結晶現象のバリエーションと関係することを指摘した点であ度粒子について，マイクロライト数密度を調べた．そのる．Miwa et al. (2009) では爆発地震の振幅が大きいイベ

結果をマイクロライト数密度脱水速度計（Toramaru et al.,

ントほど，火山灰粒子のマイクロライト数密度が大きい

2008）に適用し，水の飽和溶解度則，初期含水量やマグことを明らかにした（Fig. 1）．マイクロライト数密度は

マ密度を仮定することで，マグマ上昇速度を 0.11〜0.35

脱水速度を通して，核形成時のマグマ減圧速度を反映す

m/s と見積もった．この値は，準プリニー式噴火と溶岩る（Toramaru et al., 2008）．従ってこの結果は，マイクロドーム噴火におけるマグマ上昇速度の中間に位置する

ライト核形成時の減圧速度が大きいほど，結果的に爆発（Noguchi et al., 2008 ; Toramaru et al., 2008）．この研究で地震が強い噴火が起きることを示している．さらに，求められたマグマ上昇速度はマイクロライト核形成時のMiwa and Toramaru (2013) は空振振幅と火山灰の気泡数

ものであり，比較的深部（~4 km）での速度であることは密度との相関から，火道浅部に未脱ガスで気泡に富むマ

注意が必要である．

グマが多くなると，爆発時の空振振幅が大きくなること

Miwa and Toramaru (2013) は，火山灰の気泡・マイクロを示した（Fig. 2）．この議論により，噴火イベント毎にライト組織・含水量から火道浅部マグマの構造を推定し，見られる空振振幅のバリエーションは深部から火道浅部

下部から上部にかけて，未脱ガス（高気泡数密度）・低結への発泡マグマ供給率の変化を反映していることが示唆

晶度なマグマから，脱ガス（低気泡数密度）・高結晶度なされた．

マグマへ変化していくことを明らかにした．発泡組織・結3-2晶組織に垂直分布を持つ火道浅部マグマの形成過程につガスを含んだ高圧源の破裂というブルカノ式噴火の普いては，爆発前の前駆 BL 型地震群発（立尾・井口, 2009）

遍的イメージを模擬した衝撃波管実験が行われてきた．

の継続時間と火山灰の気泡数密度との正の相関から議論

衝撃波管実験では，隔壁によって低圧部と隔てられた高され，低発泡度・高結晶度なマグマに富む火道浅部への，圧状態のセルに火砕物やマグマを模擬したアナログ物質

発泡マグマの供給が有力であると示唆された．ブルカノを設置し，隔壁を壊し急減圧させ，その破砕過程を観察

式噴火における火道浅部への発泡マグマ供給の重要性．出発物質の物
する（e.g., Alidibirov and Dingwell, 1996）

は，火山灰の岩石学的解析と SO2 flux 観測の組み合わせ性や減圧量，減圧速度を系統的に変化させることで，そからメキシコ・コリマ火山でも示唆されている（Cassidy

れらが破砕過程に与える影響を評価出来る．減圧量をコ

et al., 2015）．

ントロールする実験では，同じ減圧量ならばマグマの空爆発・減圧過程

著者らの研究の重要な点は，岩石学的に得られるマグ

隙率が大きいほど破砕されやすいこと（Spieler et al., 2004 ;マ上昇過程の情報と地球物理観測で得られる爆発地震やKennedy et al., 2005）や，減圧量・破砕面の伝播速度・

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三輪学央

Fig. 2. (a) Cumulative vesicle number density distribution (VNDD) of ash samples erupted from vulcanianeruptions at Minamidake crater of Sakurajima volcano. Three numbers in left upper corners show sampling date,median value of VNDD, and number of particle analyzed. (b) Vertical axis shows the amplitude of pressure
wave by the vulcanian eruptions. Horizontal axis represents the median value of VNDD. Modified after Figures
3b and 5 a in Miwa and Toramaru (2013).

ブルカノ式噴火研究の現在地

469

ジェット噴出速度の関係が衝撃波管理論（Koyaguchi andると仮定すると，この圧力から噴出されたマグマの最大

Mitani, 2005）で説明できることが分かってきた（Alatorre-

深度を見積もることが出来る．円筒状火道を仮定し，マIbargüengoitia et al., 2010）．また Kameda et al. (2008) は，グマ密度を 2,000 kg/m3，岩石引張強度を 2 MPa（Voight

衝撃波管により急減圧された粘弾性体の振る舞いが減圧

et al., 1999 ; 阪上・他, 2011），爆発圧力を 55 MPa 以下とタイムスケール（すなわち減圧速度）と粘弾性体のマッ

すると，ブルカノ式噴火に伴って噴出されるマグマの深クスウェル緩和時間との比で予測できることを示した．

度は <2,000 m と見積もられる．この結果は，ブルカノ

衝撃波管の実験から示されるように，ガスを含んだ高圧式噴火に伴う地殻変動や爆発地震から示唆される浅部圧

源の減圧過程では，その系が被った減圧量と減圧速度が力源の深度と調和的である（e.g., Tameguri et al., 2002）．

重要になる．以下では，天然のブルカノ式噴火におけるまた，この深度見積もりは，前述したキャップロックを減圧量及び減圧速度の見積もりについてまとめていく．

含めた火道浅部マグマの構造に定量的な制約を与える．

天然のブルカノ式噴火の爆発過程を定量的に理解する

衝撃波管実験で示されているように，噴火時の減圧速ため，噴出速度，地球物理観測や物質科学的手法から爆度は破砕効率などを通して，噴火過程に大きな影響を与発圧力の推定が行われ，0.1〜55 MPa の多様な見積もりえるため（Kameda et al., 2008），天然のブルカノ式噴火に値が得られてきた．爆発圧力はマグマが被った減圧量とおける爆発時の減圧速度は明らかにすべき点である．し大気圧の足し合わせである．しかし，一般的に大気圧はかし，噴出物からブルカノ式噴火に伴う減圧速度を見積

爆発圧力よりも一桁以上小さいため，爆発圧力をそのまもった研究は少ない．Giachetti et al. (2010) は Soufriere

まマグマが被った減圧量と読み替えても差し支えないだ

Hills 火山 1997 年のブルカノ式噴火の軽石の気泡サイズ

ろう．1970 年代から 2000 年代初頭まで，爆発圧力はブ

分布 を詳細 に 検討し，爆発と 同 時に 核形成した気泡

ルカノ式噴火の発生に伴う火山弾やジェットの放出速度（Syn-eruptive bubbles）の数密度を推定，気泡数密度減圧から推定され，その値は数 10 MPa 程度と考えられてき

速度計（Toramaru, 2006）を適用することによって爆発時た（Fudali and Melson, 1971 ; Robertson et al., 1998 ; Formentiの減圧速度を 0.3〜6.5 MPa/s と見積もった．彼らはこのet al., 2003）．地球物理観測による爆発圧力の推定では，見積もりが，数値計算で求められた，破砕面の通過によ

爆発地震や空気振動に基づいた力学過程の解析が行われる減圧速度（Melnik and Sparks, 2002）と調和的であるとている（e.g., Kanamori et al., 1984 ; Iguchi et al., 2008）．

主張した．

Nishimura (1998) はブルカノ式噴火を高圧状態に置かれ桜島火山昭和火口でのブルカノ式噴火における爆発時

た完全気体あるいは非圧縮性流体の減圧過程としてモデの減圧速度は，著者らの研究により二通りの方法で求めル化し，爆発圧力が 1〜10 MPa 程度であれば爆発地震のられた．Miwa and Geshi (2012) は，ブルカノ式噴火の後

マグニチュードと噴出口径の相関を説明できるとした．

続相（Clarke et al., 2002）で放出された軽石に含まれる破空気振動を用いた研究では，Morrissey and Chouet (1997)

断結晶が気泡の等方膨張による引っ張りで形成されるとが Ngauruhoe 火山 1975 年噴火や十勝岳などのブルカノ考えた．そして，破断結晶のアスペクト比や破断開口幅

式噴火について空振波形を数値コード DASH（Dusty air

からマグマ破砕付近の減圧速度を見積もる手法を開発

shock）で解析することで，0.1〜6 MPa の爆発圧力を得た．

し，0.007〜0.078 MPa/s のマグマ減圧速度を得た．また，物質科学的手法による爆発圧力推定は，主に軽石の石基

Miwa et al. (2013) では継続時間の短いブルカノ式噴火にガラス含水量から為されてきた．石基ガラス含水量は飽

ついて，降下火山灰を数分間隔でリアルタイム採取し，和溶解度を通して爆発前にマグマが置かれていた圧力条

噴火のマグマ圧力を反映するマイクロライトの結晶度を件を反映する．いくつかの研究から，ブルカノ式噴火の調 べ た．そ の 結 果 と 減 圧 結 晶 化 実 験（Brugger and

爆発圧力は Soufriere Hills 火山，桜島南岳や浅間 2004 年

Hammer, 2010）を比較したところ，噴火初期から後期に噴火において 1.0〜55 MPa と推定された（Harford et al.,

かけて噴出する火山灰が低圧起源（10〜30 MPa）のもの

2003 ; 竹内・他, 2006 ; 牧野・他, 2006 ; Burgisser et al., 2011 ;から高圧起源（20〜40 MPa）のものへ変化することが分

阪上・他，2011）．桜島南岳のブルカノ式噴火の爆発圧力かった（Fig. 3）．この爆発圧力の変化と継続時間からマについては，Miwa and Toramaru (2013) による火山灰のグマ減圧速度が 0.003〜0.3 MPa/s と求められた．以上，

石基ガラス含水量からも推定されており，最大 6 MPa と二通りの手法から得られたマグマ減圧速度は Giachetti et

見積もられた．また，Miwa et al. (2013) でマイクロライ

al. (2010) の見積もりよりも二桁程度小さく，破砕面のト量から推定された桜島昭和火口のブルカノ式噴火での通過によるものとは考えづらいことから，著者らは得ら

爆発圧力は，最大 20〜40 MPa であった．

れた減圧速度が発泡マグマの上昇と破砕に伴うものと考

爆発圧力を静岩圧と岩石の引張強度を足したものであえた．このことは，得られた推定値が，マグマの定常的

470

三輪学央

Fig. 3. Temporal variation of the number ratio of low crystallinity particle (LCP) to high crystallinity particle (HCP)in ash samples from vulcanian eruptions at Showa crater of Sakurajima volcano. Vertical and horizontal axes
represent the LCP/HCP ratio and local time, respectively. LCP and HCP are originated from 30-40 and 20-30
MPa of pressure conditions, respectively. Each circle indicates a single eruption. The closed and open squares
represent the beginning and subsequent stages of an eruption, respectively. Margins of the squares represent startand end of sampling. The closed triangles indicate the time of onset of an eruption registered by the Japan
Meteorological Agency, and the open triangles represent the timing of new ash cloud emission. The solid bars at
the top of the diagram indicate duration of ash emission recorded by video images. No video images wereobtained on January 15. Modified after Figure 6 in Miwa et al. (2013).

な上昇・破砕を伴うプリニー式噴火や準プリニー式噴火

されていない場合でも，火山の周辺には「火山砂」の堆での減圧速度と同程度であることからも支持される積がしばしば観察される．火山砂堆積物は発泡度が低く（e.g., Castro and Gardner, 2008 ; Humphreys et al., 2008）．

（Andronico and Cioni, 2002 ; Cimarelli et al., 2008），その等減圧速度の検討は単発的で短いブルカノ式噴火でも層厚線図は火口を中心とする同心円状になることが多い

1991, 1995）．この特徴は，多数回マグマ上昇過程の時間変化があることを示す．まず， （Nakamura, 1965 ; 井村，
キャップロックの破壊により急激な減圧が発生し，膨張のブルカノ式噴火による噴出物が季節風に流された結果

波が火道内を伝播する．その後，破砕面の通過による減と考えるとよく説明できる．

圧（〜1 MPa/s），噴煙放出に伴う比較的緩やかな減圧

噴火活動の変化を評価する上では地球物理観測と同様（〜0.01 MPa/s）へ移り変わっていく．爆発圧力（減圧量）に，火山砂をはじめとした噴出物の粒度，構成物比や岩の多様性から示唆されるように，ブルカノ式噴火におけ石学的特徴などを時系列で調べることが基本になるだろ

る減圧速度やその時間変化は火山・噴火毎に異なると予う．しかし，ブルカノ式噴火による堆積物は一般的に少測される．今後は高時間分解能な火山灰試料を用いた岩量であり容易に再移動するため，堆積構造から噴出物の石学や，軽石の気泡組織の丹念な解析を行うことで，減詳細な時間情報を抽出するのは難しい．火山砂からなる

圧速度を含めたブルカノ式噴火の減圧過程の多様性が明

堆積物の密度や有機物量から長期間の小規模噴火活動をらかになっていくだろう．

評価する手法が提案されているものの（井村, 1991, 1995），
時間解像度という面で不満が残る．これに対して，幸運

4．ブルカノ式噴火活動の中長期変動にも堆積直後の噴出物が採取された場合には，比較的時

ブルカノ式噴火の活動は活動度を変化させながら数か間情報が明瞭な試料を用いて，詳細な岩石学的解析が可月〜数十年間と長期間続くことがある．前述のように桜能になる．例えばいくつかの先行研究では，堆積直後に

島火山では，1955 年から主たる活動火口を南岳から昭和採取された桜島昭和火口産噴出物について，化学分析，

火口に変えつつ現在まで続いている（石原，2000）．桜島

色分析，X 線回折分析を行い，2006 年から数年にわたる

火山では，この活動に伴う地震活動・地殻変動・空振活

火道確立過程と，マグマ供給系の変化とブルカノ式噴火動などが長期間且つ定常的に測定され，深部から浅部に活動の中長期的な消長の関係が論じられた（宮城・他,

かけてのマグマの動きと中長期変動のパターンがよく分

2010 ; Matsumoto et al., 2013）．このように，時間情報がかっている（Iguchi, 2013）．また，噴火活動が直接観察

明瞭な噴出物に対する岩石学は，火道内過程やマグマのブルカノ式噴火研究の現在地

471

Fig. 4. Frequency distribution of the average of apparent luminance of the ash particles through RGB filters. The
samples were the ejected ash from the eruptions on Feb. 9th, 2009 and Jan. 13th, 2010, respectively. The former
and latter dates are included in inactive and active terms, respectively, in terms of daily number of eruption. The
horizontal axis is in natural logarithmic scale with the average of apparent luminance through each color filters
and the vertical axis being the number of particles. The apparent luminance is represented by 256 tones at eachpixel in the ash particles in which black and white colors are set to 0 and 255 in 256 tones, respectively. The
1 naverage of the apparent luminance of a single ash particle is calculated as l c= ∑ i1 l ci, where the subscript cnrepresents the color filter, n is the number of pixels in an ash particle, and l ci represents the luminance in 256 toneof the i-th pixel. The lines are result of lognormal fitting by chi-squared minimization. R2 shows the coefficientof determination for the fitting. The luminances through RGB filters are higher in the ash sample in Feb. 9th,
2009. Modified after Figure 4 in Miwa et al. (2015).
性質などの中長期的変化を明らかにしてきた．しかしなづけるため，画像解析を用いた火山灰粒子の解析手法をがら，その試料は数が限られたものであり，採取の時間開発した（Miwa et al., 2015）．この手法は火山灰粒子の間隔及び手法が系統的ではなく運任せであったと言わざ

写真を撮影した画像データを，新たに開発した画像解析

るを得ない．マグマや噴出物の情報を中長期的な噴火活プログラムで解析することにより，輝度と形態を一粒子動の評価に用いるならば，より系統的・機械的に多量のずつ定量化する．この手法では粒子画像撮影から結果の

試 料 採 取 を 行 う こ と が 望 ま れ る．こ の よ う な状 況 で出力まで，1,000 粒の粒子について約 4 時間で解析可能

Shimano et al. (2013) は画期的な自動降灰試料採取装置である．この手法を桜島昭和火口のブルカノ式噴火活動を開発した．彼らの自動降灰試料採取装置（SATSUMA）に適用した結果，噴火回数が少ない時期の火山灰には輝は，数分から数日の間隔で最大 36 個の試料を採取可能

度が高い粒子が多く含まれることが分かった（Fig. 4）．

であり，実際に 2008 年から 2012 年にかけてほぼ毎日，

桜島昭和火口産の火山灰では変質粒子において輝度が高

桜島昭和火口からの降灰試料を採取し続けた．これで，くなるため，この結果は，噴火活動が不活発な時に変質

系統的・機械的に試料を得る目途がたったと言えよう．

粒子が多くなることを示している．

自動降灰試料採取装置の登場により試料採取に目途が立ったものの，実体顕微鏡観察及び電子顕微鏡観察によ5．まとめと今後の展望

る構成物解析や，EPMA などを用いた化学組成分析は，著者らの研究と先行研究により明らかとなっているブ

数千を超えるような大量の試料の解析には不向きであ

ルカノ式噴火の特徴を以下にまとめる．

る．そこで著者は，大量の試料を迅速且つ客観的に特徴

・ブルカノ式噴火の準備過程では火道出口が開放系から

472

三輪学央

閉鎖系へと変化し，爆発前には火道浅部にキャップ配置（Laumonier et al., 2011）など，火道浅部マグマで起ロックが形成されている．このキャップロックは深度

こりうる素過程を再現する室内実験も重要になるだろ

方向に発泡度と結晶度の勾配を持ち，最上部に低発泡

う．あるいは，無人飛行物体やロボット技術を駆使する度・高結晶度なマグマ，その下部には高発泡度・低結ことで，噴火開始時の表面現象を直接観察できるかもし

晶度なマグマ，またその下部には低発泡度・低結晶度れない．天然の物質科学，室内実験，地球物理観測が三なマグマが存在する．

位一体となることで，ブルカノ式噴火の実態，ひいては・キャップロックが形成されるときのマイクロライト核
形成時のマグマ上昇速度は 0.11-0.35 m/s と見積もら

火山噴火メカニズムの理解へ貢献することが期待される．

れ，この値はサブプリニー式噴火とドーム噴火による上昇速度の中間にあたる．

謝辞・ブルカノ式噴火に伴ってマグマが被る最大減圧量は

本稿は平成 26 年度日本火山学会研究奨励賞の受賞を

0.1〜55 MPa と噴火毎に大きな幅を持ち，そこから推機に執筆の機会を頂いたものである．まず，受賞にあ定される圧力源マグマ深度は <2,000 m である．

たって産業技術総合研究所・篠原宏志博士をはじめとす・ブルカノ式噴火に伴ってマグマが経験する減圧速度はる日本火山学会関係者の皆様には大変お世話になった．

0.01〜10 MPa/s であり，噴火推移とともに減圧速度が本稿で紹介した内容は，九州大学・産業技術総合研究所・減少していく．

東北大学で行った研究をまとめたものである．九州大学

・ブルカノ式噴火活動の中長期変動をマグマの性質と噴の寅丸敦志教授には共同研究者・指導教員として強力な火過程の面から調べるため，試料採取法・解析法が発ご支援と自由活発な研究環境を与えていただいた．東北達してきた．画像解析を用いた火山灰の解析の結果，大学・西村太志教授，京都大学・井口正人教授からは地

桜島火山では噴火活動が不活発なときほど変質した粒

球物理の観点から適切な助言とご指導をいただいてい子が多くなることが分かった．

る．産業技術総合研究所・篠原宏志博士からは研究内容

本章では最後にブルカノ式噴火研究の課題として，噴について率直なご意見をいただいている．産業技術総合

火開始過程の解明を挙げておきたい．ブルカノ式噴火の研究所・下司信夫博士と常葉大学・嶋野岳人准教授には，

モデルでは Self et al. (1979) のように，火道最上部の研究の進め方から論文の書き方まで，日ごろから様々なキャップロックを速やかに取り外すと考えるが，実際の相談をさせていただいている．このほか，九州大学，産

ブルカノ式噴火における噴火開始過程はそう単純ではな

業技術総合研究所，東北大学，防災科学技術研究所の皆い．空振観測から，噴出物やガスが噴出する少し前に火様，及び火山学コミュニティの先輩・後輩諸氏から多大

口底が押し上げられていることが推定されている

なるご協力をいただいてきた．また，本稿は北海道大（Yokoo et al., 2009）．また，噴出物に見られる tuffisite

学・橋本武志教授と東北大学・小園誠史助教の丁寧な査

vein の観察からキャップロックにおける亀裂形成が噴火

読により改善された．記して感謝の意を表する．

開始と関連していることも示唆されている（Cassidy et al.,2015）
．噴火開始過程に依存する減圧速度は，火道浅部
キャップロックの構造との組み合わせによって，ブルカ
ノ式噴火の規模や定常的な噴火への様式遷移を支配し（Gottsmann et al., 2011 ; Miwa et al., 2013），ブルカノ式噴火の特徴である継続時間の短さにも関与している可能性がある．このような噴火開始過程の実態を明らかにするには，噴出物，火山ガス，地殻変動，空振，熱観測等の多項目観測を行い，噴火直前から噴火後にかけての物質
移動や圧力蓄積の時空間分布を高分解能に理解する必要がある（Miwa et al., 2009 ; Miwa and Toramaru, 2013 ; Cassidy
et al., 2015）．また，減圧結晶化及び噴出物の溶結に伴うマ
グマ強度の発展（Quane et al., 2009 ; Brugger and Hammer,
2010 ; Okumura and Sasaki, 2014 ; Heap et al., 2015），気泡や空隙などによる界面エネルギーを最小化するように働く構造緩和（Otsuki et al., 2015）や，変形に伴う気泡の再

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（編集担当

橋本武志）