東海大学火山観測報告書：
霧島山えびの高原硫黄山の噴気について（2016・2・14）
東海大学・理学部・化学科 大場武，谷口無我序
気象庁の観測によると霧島山えびの高原硫黄山では 2014 年初頭から火山性地震の回数が増加し，2015 年 7 月には火山性微動が観測され，2015 年 12 月 15 日には硫黄山山頂火口内の南西側で弱い噴気の出現が確認された [1]．これらの観測結果は硫黄山の火山活動が活発化しつつあることを示し，噴気の化学組成や安定同位体比にも変化が予測される．一般に噴気にはマグマ起源の成分が含まれ，その組成は火山活動の盛衰に応じて変化する．今回の火山活動の推移を予測することを目的とし，2015 年 12 月 22 日に噴気の現地調査を行った．
試料の採取・分析
火山ガスの採取は図 1 に示す噴気孔で行った．噴気孔の位置は，北緯 31 度 56 分 48.3 秒，東経 130度 51 分 10.5 秒であった．採取地点の様子を図 2 に示す．噴気を採取するために，金属チタン管を噴気孔に差し込み，管と孔の隙間を砂などで注意深く塞いだ．これは空気の混入を防ぐための措置である．次にチタン管にゴム管を接続し，ゴム管の出口を真空ガラス瓶のコックに接続した．真空ガラス瓶にはあらかじめ 5M KOH 水溶液 20ml を封入しておいた．コックを慎重に開けることにより火山ガスを KOH水溶液に吸収させた．これとは別に，噴気の SO2/H2S 比を決定するために，現場で KIO3-KI 溶液と噴気を反応させた．安定同位体比の測定のために噴気を水冷したガラス二重管に通し，凝縮水を採取した．噴気の化学分析は小沢の方法[2]に従った．
結果
表１に化学組成および H2O の安定同位体比を示す．噴気の温度は水の沸点に近く，HCl 濃度は検出限界以下であった．火山活動の良い指標とされる SO2/H2S 比は，0.027 と低く，1994 年に採取した噴気[3]と大差がない．図 3 に採取した噴気の H2O-CO2-S 三成分比（黒丸）を示す．ここで，S は SO2と H2S の合計を指す．比較のために，1991 年と 1994 年に硫黄山，新燃岳，御鉢で採取した噴気の値もプロットした．1991 年と 1994 年の硫黄山の成分比に対し，2015 年の成分比は CO2 が増加している．
図 4 に噴気に含まれる H2O の安定同位体比を示す．今回採取した噴気の値は，1991，1994 年に採取したどの噴気よりも安定同位体比が低い．図 5 に噴気の微量成分である N2，Ar，He の三成分比を示す．
今回採取した噴気は 1991，1994 年に採取した噴気に比べて He が多い傾向が見られる．
考察
噴気の硫黄成分である SO2 と H2S は以下の反応について平衡に達している場合が多い．

SO2  3H 2  H 2 S  2 H 2O

式1

式１の反応は温度に影響され，高温になると平衡状態は左に移動する．つまり，SO2/H2S 比が上昇する．火山活動が活発化すると噴気の SO2/H2S 比は上昇する場合がある [4]．2015 年 12 月に採取した噴気の SO2/H2S 比は低い値であることから，熱水系浅部の温度が上昇している可能性は低いと考えられる．
今回採取した噴気は安定同位体比が特に低く（図 4），凝縮の効果を受けているかもしれない．今回

の噴気は，これまで噴気の放出が停止していた変質地帯で出現している．火山ガスの流れが一度途絶えると，ガスの通路は冷却する．そこに再びガスが通るとガスが冷やされ，水蒸気が部分的に凝縮する可能性は高い．仮に水蒸気が凝縮する以前の同位体比を推定すると，図 4 で元の水蒸気は点線上に位置する．ここで凝縮は 100℃で起きると仮定した．ある水蒸気が部分的に凝縮し 70％が失われ，残りの 30％が今回採取した噴気に相当する場合を考える．この時，凝縮前の水蒸気の同位体比は点線上の「0.3」の場所にプロットされる．この同位体比は 1994 年に採取した硫黄山の噴気の同位体比に近い．次に，失われた H2O を今回採取した噴気に付加し，元の H2O-CO2-S 三成分比（○と十字を組み合わせた記号）を復元し図 3 に示した．この計算で凝縮による水蒸気の損失は 70％とした．復元された
三成分比は 1991 年に硫黄山で採取した噴気の成分比に近い．
N2-Ar-He 三成分比に関し，1991，1994 年に硫黄山，新燃岳，御鉢で採取した噴気は，安山岩質マグマに特有な端成分と空気起源成分の混合線状に分布する（図 5）．これに対し今回採取した噴気はこの混合線から外れ He に富む傾向が見られる．Kita らは南西日本の火山，例えば，雲仙普賢岳ではHe に富む端成分が存在していることを報告している[5]．硫黄山でこれまでと性質の異なるマグマが脱ガスしているか？あるいは火山ガスが地殻を上昇する過程で何らかの変化が N2-Ar-He 三成分比に起きたのか？測定データが僅か一点なので，今後観測を繰り返し，He が多い傾向が真実なのか確かめたい．
結論
硫黄山で 2015 年 12 月に採取した噴気には水蒸気が部分的に凝縮した特徴が見られ，凝縮前の主成分組成は 1991 年に硫黄山で採取された噴気の組成に近いと考えられる．噴気には SO2 が乏しく，2015 年 12 月時点で，地殻浅部の温度が上昇している可能性は低い．

謝辞
本研究実施のために，科研費「火山ガス観測により活火山ポテンシャル診断」（15K12485）を使用しました．気象庁地震火山部小久保一哉氏および福岡管区気象台は安全確保のために調査実施中に硫黄山の地震活動をモニタリングして下さいました．ここに記して感謝します．
文献[1] 霧島山（えびの高原(硫黄山)周辺）の火山活動解説資料（平成 27 年 12 月 15 日）[2] 小沢竹二郎（1968）地球化学におけるガス分析法（Ⅰ）．分析化学，17，395-405.
[3] Ohba, T., Nogami, K., Hirabayashi, J. (1997) Hydrothermal system of the Kirishima volcanic area
inferred from the chemical and isotopic composition of spring waters and fumarolic gases.
Bull.Volcanol.Soc.Japan, 42, 1-15.
[4] Ossaka, J., Ozawa, T., Nomura, T., Ossaka, T., Hirabayashi, J., Takaesu, A., Hayashi, T. (1980)
Variation of chemical compositions in volcanic gases and waters at Kusatsu-Shirane volcano and its
activity in 1976. Bull. Volcanol., 43, 207-216.
[5] Kita, I., Nitta, K., Nagao, K., Taguchi, S., Koga, A. (1993) Difference in N2/Ar ratio of magmaticgases from northeast and southwest Japan: New evidence for different states of plate subduction.
Geology, 21, 391-394.

表 1．硫黄山で採取した噴気の化学組成および安定同位体比

Location Code硫黄山

f12

Main component
DateTemp H2O CO2H2SSO2R-gas
yy/mm/dd℃%%%%%
2015/12/22
97.2 98.4
1.42 0.0977 0.00268
0.0333R-gas
HeH2O2N2CH4Ar%%%%%%0.063 0.520 0.044
98.5
0.120
0.796

図 1．試料を採取した噴気孔の位置（赤丸）．2015 年 12 月 22 日において，赤丸以外の場所に噴気は視認できなかった．

図 2．噴気孔と採取の様子（2015 年 12 月 22 日）

図 3 ． 霧 島 山 噴 気 の H2O-CO2-S （ SO2+H2S ） 三 成 分 比 ． ○ と ＋ を 組 み 合 わ せ た 記 号 は
Iwoyama-Dec-2015 が水蒸気の部分的な凝縮を受ける前の仮想的な組成を示す．

図 4．噴気に含まれる H2O の安定同位体比．点線は凝縮に伴う同位体比の変化を示す．例えば，「0.3」の 場 所 に 位 置 す る 水 蒸 気 の 70 ％ が 凝 縮 し ， 30 ％ の 水 蒸 気 が 残 っ た 場 合 ， 蒸 気 の 組 成 はIwoyama-Dec-2015（黒丸）になる．実線は天水線（δD=8δ18O+16）．

図 5．霧島山噴気の N2-Ar-He 三成分比．Andesitic Gas は島弧の安山岩質マグマに固有な端成分．
ASW は空気に飽和した水に溶存する成分．SW は Kita et al (1993)が提唱した南西日本の火山に見られる He に富む端成分．