火山 第 61 巻 ( 2016)
第 1 号 119-154 頁

総 説

地球物理学的多項目観測から見た噴火過程
中 道 治 久＊・青 山裕＊＊（2015 年 10 月 19 日受付，2015 年 12 月 11 日受理）

Eruption Process Inferred from Multi-parameter Geophysical Observations
Haruhisa NAKAMICHI＊ and Hiroshi AOYAMA＊＊This paper reviews the eruption processes, as well as the processes leading up to the eruption, as revealed by multiparameter geophysical observations.
First, we briefly describe the history and development of geophysical observational methods in Japan. A prototype
of multi-parameter geophysical observation had already been established at a few volcanoes in Japan 50 years ago. To
obtain high-quality geophysical data, underground tunnels and boreholes had been constructed around volcanoes, andseismometers, tiltmeters, and strainmeters had been installed in them during the 1980 s and 1990 s. Broadband
seismometers and a data logger with a GPS clock that are small and lightweight, were introduced in the mid-1990 s.
Combined with large data storage capacity in the data loggers and efficient data transmission using IP protocols,
simultaneous multi-parameter geophysical observations have been intensively and continuously conducted since theearly 2000 s in order to reveal the eruption processes. Since then, various analysis methods suitable for multi-parameter
observations have been developed. Although the time scales of volcanic eruptions vary widely, from several seconds toseveral decades, most of these scales are covered by multi-parameter geophysical observation.
We review the advances and challenges for understanding not only the eruption processes, but also the precursory
processes leading up to eruptions, which have been revealed by multi-parameter geophysical observations during thepast decade. The explosive eruption processes, which include Plinian, Vulcanian, and Strombolian eruptions, andeffusive eruptions, which include Hawaiian and dome-forming eruptions, are also reviewed. Physical models for thesetypes of eruptions have been developed experimentally and theoretically, and examined later using geophysicalobservations. For each type of eruption, we briefly introduce the proposed physical models and describe their progress,
mainly from the viewpoint of multi-parameter geophysical observations. The eruption processes of Plinian eruptions
have been revealed mainly by worldwide seismic and infrasound observation networks and satellite images. Vulcanianand Strombolian eruptions are most intensively studied by multi-parameter geophysical observations, because of theirhigh-frequency nature and accessibility to the proximity of active craters in deploying monitoring instruments. For
example, the precursory processes of Vulcanian eruptions are characterized by inflation, relatively stable, and slightdeflation stages of the volcano edifices, which are inferred by continuous crustal deformation measurements.
Strombolian eruptions are understood as repeating strong gas bursts at the surface of liquid magma. Recently, newmonitoring techniques such as high-speed cameras and portable radar units have been introduced to observe theStrombolian surface activities. Hawaiian eruptions are characterized by explosive lava fountains and large lava flows
traveling more than several kilometers. Multi-parameter observations are quite useful for monitoring the locations ofdike intrusions and lava fountains. Dome-forming eruptions have the longest time-scales among these eruption styles.
Temporal fluctuations of dome growth are well monitored by geodetic and photogrammetric observations. Recent
seismic observations of dome-forming have revealed the characteristic repeating earthquakes and provided new insights＊〒891-1419 鹿児島県鹿児島市桜島横山町 1722-19
京都大学防災研究所附属火山活動研究センター
Sakurajima Volcano Research Center, Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University, 1722-19
Sakurajima-Yokoyama-cho, Kagoshima 891-1419, Japan.
＊＊〒060-0810 北海道札幌市北区北 10 条西 8
北海道大学大学院理学研究院附属地震火山研究観測センター

Institute of Seismology and Volcanology, Faculty of
Science, Hokkaido University, Kita 10 Nishi 8, Kita-ku,
Sapporo 060-0810, Japan.
Corresponding author : Haruhisa Nakamichi
e-mail : nakamiti@svo.dpri.kyoto-u.ac.jp

120

中道治久・青山裕

into the physical mechanisms of dome growth. Our understanding of the physical process of phreatic eruptions is quite
limited relative to magmatic eruptions. Recently, tilt changes associated with tremors were sometimes observed before
phreatic eruptions at several volcanoes, and may be forerunners of phreatic eruptions. We need much more data tounderstand the processes leading up to phreatic eruptions.
Erupted volumes and rates are inferred from multi-parameter geophysical observations, including both seismic andgeodetic methods, and confirmed by satellite data and ground-based surveys. The volumes and rates are related toeruption energy. The energy is partitioned into thermal, kinetic, gravity potential, strain, seismic, acoustic, and fractureenergies, most of which are directly measured or interpreted using multi-parameter geophysical observations.
Key words : multi-parameter geophysical observation, explosive eruption, effusive eruption, erupted volume, eruption rate

1．は じ め にが，水蒸気爆発であれば前駆現象についての研究事例が本稿では地球物理学的多項目観測から見た火山噴火過乏しいので対象を月単位まで広げる．また，噴火過程に程に関する研究成果をまとめる．噴火のタイプには大ま焦点を当てるが，可能な限り噴火規模（火砕物放出量）

かには，本質物が主体の火砕物を放出するマグマ噴火と，や強度（火砕物の単位時間当たりの放出量）の記載をす

本質物がない火砕物を放出する水蒸気噴火がある．ただる．噴火の規模の指標としては VEI (Volcanic Explosivity

し，
少量の本質物が含まれるマグマ水蒸気噴火を含めて，

Index ; Newhall and Self, 1982) や噴出物量を用いること

本稿では水蒸気噴火とする．マグマ噴火を爆発的噴火とが多い．ここでは，VEI，噴出物体積，噴出物重量を用い非爆発的噴火と大まかに分け，爆発的噴火にはプリニー

る．統一はしないのは，引用する文献に沿うためである．

式，ブルカノ式，ストロンボリ式噴火を含むものとする．

参考のため，Table 1 に VEI，噴出物体積，噴出物重量の非爆発的噴火には，ストロンボリ式噴火，溶岩ドーム噴おおよその関係と噴火例を示す．噴火規模や強度は火山

火，ハワイ式噴火を含むものとする．ストロンボリ式噴活動を評価し，火山災害と対応させる上で重要ではある火が両者に入っているのは，爆発性に幅があるからであが，後述の通り，伝統的に噴火機構について精力的に研る．

究されてきたため，噴火そのものの規模について記載し本稿では，地球物理学を中心とした複数項目同時観測てある研究は限られる．しかし，地震の規模と頻度分布による噴火過程研究に焦点を当てる．たとえば，井口が地震の発生過程解明に一役買っていることからも分か(2005) は地震，地殻変動連続観測など複数項目の観測かるように，噴火規模や強度について系統的に調べること

ら桜島のブルカノ式噴火のプロセスについてレビューしも噴火過程解明の一助となると期待される．

ている．地球物理学的多項目観測とはいっても，本稿でなお，本稿では地球物理学的多項目観測についての解は筆者が主に行ってきている地震観測や地殻変動連続観説を入れることにより，噴火過程の解明において多項目測によるものを中心とし，空振，重力，映像等の観測を観測が今後果たしていく役割を示す．

一部含める．噴火過程を主対象とするため，扱う時間スケールは，噴火の前駆現象出現時，噴火時，噴火直後と

2．これまでの地球物理学的多項目観測とその重要性する．前駆現象は数分から数時間単位が主な対象となる近代的な計測機器を用いた火山観測は，19 世紀中頃にTable 1.

Volcanic explosive index (VEI), erupted volumes and masses.

地球物理学的多項目観測から見た噴火過程

121

イタリアの Palmieri が電気式の地震計を作成し，Vesuvio

測の発展については，本特集号の他の文献を参照された

火山の噴火前後に発生した無感規模の火山性地震を観測

い（青木，2016）．もう一つは，観測機器の省電力化と可したことから始まったとされる（下鶴，1975）．国内にお搬化である．森田・大湊 (2005) が振り返っているようける火山観測も，1888 年の磐梯山噴火に際しての関谷らに，1980 年代に開発された可搬型広帯域地震計は 1990の臨時地震観測や，同年に始められた鹿児島測候所にお

年代には国内外で火山観測に導入され，従来の短周期地

ける Milne 式地震計を用いた常時観測など，やはり地震震計による観測では見出せなかった長周期の信号の存在

観測から始められた（下鶴・他，1995）．以降の国内におが次々に明らかになってきた（例えば，Kaneshima et al.,

ける大学や気象庁の火山観測の歴史については，諏訪1996 ; Yamamoto et al., 2002）．ほぼ同時期にデータ変換(1965，1978)，岡田 (1986)，下鶴・他 (1995)，山里 (2005)

装置の広ダイナミックレンジ化，伝送装置，記録メディなどにまとめられているので，詳しくはそれらの文献をアの小型化，省電力化，大容量化が進んだ．GNSS によ参照していただきたい．

るデータ刻時機能を備えたデータ変換装置は，いまや当火山噴火が多様な現象を伴うことから，火山観測の黎たり前の様に用いられ，機動的な多点観測でも観測点間

明期から複数の観測手法を組み合わせた調査研究が実施のデータ時刻同期が問題となることはなくなったほか，されてきた．1910 年の有珠山噴火や 1914 年の桜島噴火

数ヶ月にわたるような長期の臨時観測も乾電池やバッテ

では，地震観測に加えて水準測量による比高変化や三角リーで実現できるようになっている．これらに加えて，測量による辺長変化の調査も実施され，マグマの移動をインターネット技術や通信網が一般にも広く普及したこ

示 唆 す る 地 殻 変 動 が と ら え ら れ て い る (Omori, 1914-とにより，火山観測データの伝送方法の自由度が高まっ

1922)．1928 年には阿蘇山に日本で最初の火山観測所がたことも重要な発展の一つである．1990 年代まで用い

京都大学によって設置され，火山近傍における連続観測られていた観測システムは，専用の装置を専用通信線にが始められた．その後，浅間山（1933 年）や桜島（1960

接続して決まったフォーマットの時系列データを伝送す

年）など他の火山にも大学の観測所が設けられていった．

るというスタイルであったが（森田・大湊，2005），イン

それらの大学の火山観測施設では，非常に早くから常時

ターネット技術を用いることで地震や地殻変動の時系列

地震観測に加えて，傾斜計やひずみ計による地殻変動連

データだけでなく，例えば画像や動画，GNSS 観測デー

続観測のほか，各火山の活動特性に合わせて，温度計，

タなど，デジタル化されたデータ形式であれば一つの通潮位計，磁力計，微気圧計などによる連続観測も実施さ信回線で多様なデータを自由に伝送できるようになっれていた（下鶴，1965）．1965 年当時はまだ一部の大学

た．また通信回線の多様化も進み，携帯電話回線を通じ施設に限られていたものの，50 年前にはすでにいくつかてのデータ伝送や，屋外用無線 LAN 通信装置を用いたの火山において多項目観測の原型が実現されていたわけ

観測網の展開も行われている．インターネット技術を利である．その後も，1980 年代から 1990 年代初めにかけ用した通信は比較的簡単で自由度が高いため，従来からて大学の噴火予知研究観測施設として観測坑道や観測井ある観測機器も自動的にデータを収集し伝送できる機能の整備が進められ，観測所だけではなく無人の衛星観測を備えるようになってきている．これらの技術的な発展点においても多項目観測を行える環境が整えられていっは，近年の火山観測の機動性や多項目化に大きな影響をた．

与えている．

1990 年代には，火山観測に用いられる計測器や伝送装

近年の火山観測において広く普及している観測項目お置，伝送技術に大きな発展が見られた．その一つは，よび顕著な成果がある観測項目を Fig. 1 にまとめた．

1990 年代半ばから進んだ GNSS (GPS) 観測網の展開でFig. 1 の上段には代表的な噴火様式について噴火活動のある．国土地理院が全国に基盤的 GNSS 観測網を展開

継続時間を，中段には代表的な火山現象のタイムスケー

したほか，大学などの研究機関でも GNSS 観測が積極的

ルを，下段には火山観測手法ごとの観測周期帯を示した．

に導入された．これにより，火山周辺の辺長変化や上下

ここでは火山現象と観測項目の大まかな時間スケールを変動といった火山活動に伴う変形を高精度で連続的にモ対比することが目的なので，このスケールと合致しない

ニタリングすることが可能になり，従来の辺長観測の多事例があることはご容赦いただきたい．最上段に示した

くは GNSS 観測に取って代わられることとなった．そ噴火様式ごとの活動継続時間は，小屋口 (1995) に示さの後 2000 年代に入り，「点の変位」を追跡するというれた図に基づく．Fig. 1 は示していないが，ハワイ式噴GNSS 観測の弱点を補う干渉合成開口レーダー (InSAR)

火やストロンボリ式噴火ではマグマそのものの噴出では技術も登場し，地殻変動を面的に把握することもできるなく火山ガスの周期的な放出現象が特徴的に見られる．

ようになった（村上，2005 a）．火山における地殻変動観

一回のガス放出イベントの継続時間は数秒から十数秒程122

中道治久・青山Fig. 1.

裕Time scales of volcanic eruptions, observable phenomena, and detectable signals.

度と，噴火活動全体の継続時間に比べると極めて短い．

てきた．しかし Fig. 1 から分かるように，これらの観測

これら一連の噴火活動の間に，地殻の浅い部分へのマグ

項 目 は 互 い に デ ー タ の 時 間 分 解 能 が 異 な っ て い る．

マの上昇や集積，マグマからの揮発性物質や熱エネル

GNSS に同期した時間精度でデータが取得されている観ギーの放出，さらに地表や大気中へのマグマの放出と測量がある一方で，個々の機器の内部時計の精度でしかいった過程で様々な火山現象が発生する．火山噴火現象

データが取得されていない観測項目もある．それゆえ異における最も短時間の現象の一つは，爆発に伴う衝撃波

なる観測項目の研究成果を高い時間分解能で定量的に対の生成（1/1000 秒以下）であろう．これを数十年以上に比することが難しいという問題があった．最近 10 年のおよぶ溶岩流出の噴火現象と比較すると，時間スケール

研究成果では一部の観測項目において時間分解能の向上

で 12 桁もの違いがある．Fig. 1 に示したように火山現（高サンプリングでのデータ取得）が図られ，従来の観測

象は時間的に非常に幅広い多様性をもっている．それゆでは見えなかった現象が見出された，あるいは現象同定

え，対象とするそれぞれの現象に適した時間分解能を持の時間精度が向上したという例が見られる．その結果とつ観測手法の選択が重要となる．

して，他の観測項目と高い時間精度でデータを比較検討

近年の各種火山観測機器と解析手法の発展と火山へのすることが可能となり，火山学的に重要な知見や新しい適用については，地震観測（森田・大湊，2005 ; Kawakatsu

解釈が導かれている．またこの 10 年で火山観測に導入

and Yamamoto, 2007 ; 熊谷・中野，2009 ; Chouet and Matoza,

された新しい技術としては，干渉合成開口レーダーによ2013），地殻変動観測（村上，2005 a ; 青木，2016），重力る地殻変動観測や宇宙線の一種であるミュー粒子を用い観測（大久保，2005），地磁気観測（橋本，2005），熱観た火山体密度トモグラフィーが挙げられる．ただし，こ測（金子，2005），火山ガス観測（篠原，2005 ; 風早・森，れらの新しい観測技術は噴火過程の観測研究という観点

2016），空振観測 (Johnson and Ripepe, 2011 ; Fee and Matoza,から見ると，データを作成するために要する時間イン

2013) などにまとめられている．

ターバルが他の観測項目に比べて長いという側面があ

これらの観測手法は決して目新しいものではなく，そり，現時点では噴火前後での変動や構造をとらえるに留れぞれの観測項目ごとに重要な火山学的成果が蓄積されまっている．しかしながら，ミュー粒子による密度トモ

地球物理学的多項目観測から見た噴火過程

123

グラフィーは，従来の他の観測手法では実現できなかっ化から，噴火のシークエンスにおいて複数回の噴射に伴た密度の 3 次元分布を高空間分解能で独立に推定できる

うそれぞれ 25 秒程度の継続時間を持つ下向きの力が働という，極めて優れた長所をもつ．Tanaka et al. (2007)

いたこと明らかにした．そして，Brodsky et al. (1999) はの昭和新山の研究例からも期待されるように，溢流的な得られた横向きと下向きの力の時間関数を用いて，噴火

噴火の発生機構を明らかにしていく上では欠かせない技の最初の数分について上方への質量放出率を 2-6×109

術といえよう．

kg/s と算出した．Johnson and Malone (2007) は 1980 年

多項目観測の進展につれて，複数の観測項目を組み合

St. Helens 噴火時に，リージョナルな地震観測網の地震

わせた解析手法や，地震計の傾斜成分を抽出して解析に記録に噴火による空振と大気と地面とのカップリングで活用する手法が開発されてきた．広帯域地震観測では，励起された振動を見つけ，潜在円頂丘内の減圧とその爆並進と傾斜成分を抽出して，震源や圧力源のモデリング発に対応した位相及び火道から到来した位相を見つけに用いるための手法が開発された（青山，2008 ; Aoyama

た．

and Oshima, 2008 ; Maeda et al., 2011）．Ichihara et al. (2012)

Widmer and Zürn (1992) は，Pinatubo 山と El Chichon 山

は地震とマイクロフォンの記録を相互相関計算することの噴火時の超長周期の表面波が，大気重力波と音波のそで空振シグナルを風ノイズと区別する方法を考案した．

れぞれの基本モードとして励起されたことを明らかにしこの手法は悪天候にて視界不良の場合においても噴火をた．そして，Kanamori and Mori (1992) は Pinatubo 噴火に検知するのにも役に立っている．

よる超長周期表面波（レイリー波）が周期 230 秒と 270
秒に卓越していることを示し，Pinatubo 山近傍における

3．噴火タイプ別に見た成果の現状と課題

地面と大気との音波と重力波モードのカップリングと結3-1論した．その後，Watada and Kanamori (2010) がこのレイ

3-1-1

マグマ噴火
プリニー式噴火

リー波の二つのピーク周期における振幅スペクトル値とプリニー式噴火は連続的に大量の軽石や火山灰や火山

ピーク間での振幅比をノーマルモード法にて理論的に説

ガスを放出する爆発的噴火である．そして，形成された明し，この波は地表と熱圏との間にある低音速層でト噴煙柱が成層圏に達する．過去 40 年間におけるプリラップされた大気波の基本モードと 1 次モードであると

ニー式噴火は，1977 年 8 月 7 日の有珠山，1980 年 5 月

結論し，Pinatubo 噴火のエネルギーのうち大気内波動を

18 日の St. Helens 山，1982 年 3 月 29 日〜4 月 4 日の El励起させた分を 7×1018 J と推定した．

Chichon 山，1991 年 6 月 15 日の Pinatubo 山，2008 年 7

Okmok 山，Kasatochi 山，そして Sarychev 山の噴火メ

月 12 日の Okmok 山，2008 年 8 月 7 日の Kasatochi 山，

カニズムの解明には，衛星可視・熱画像と CTBTO の国際

2009 年 6 月 11 日〜16 日の Sarychev 山，2014 年 2 月 13

監視システム (IMS) の空振観測データが使われた．Rybin

日の Kelud 山の噴火であり，プリニー式噴火はおおよそet al. (2011) は可視と熱赤外の衛星画像から，Sarychev

世界中で 5 年に一回発生していることになる．

山において 2009 年 6 月 11 日〜16 日に少なくとも 23 回定常状態の仮定をすることで理論的研究はブルカノ式の爆発があったことを明らかにし，噴煙柱高度は海抜

噴火などと比べてかなり先行して行われてきた．例え

8〜21 km と推定した (Fig. 2)．火山灰拡散範囲は 1,500×

ば，火道内のモデリングについては Papale and Dobran

3,000 km にも及んだことがわかった．衛星画像と現地調(1993) が気液二相流非平衡 1 次元のモデリングを行いマ査を合わせて，テフラ堆積物の体積を 4×108 m3，つまりグマ破砕面付近における火道内減圧などを示した．一次

VEI4 と推定した．Urai and Ishizuka (2011) は，ASTER の元定常火道流モデリングについては小園・三谷 (2006)

衛星可視と近赤外画像を用い，Sarychev 噴火による火砕が詳しいのでそちらを参照されたい．

流，降灰，泥流堆積物の分布を明らかにして，噴出量をプリニー式噴火のプロセスの先駆的研究として，St.

8×107 m3 と推定した．Matoza et al. (2011) は IMS の空

Helens 噴 火 を 汎 地 球 規 模 の 地 震 観 測 ネ ッ ト ワ ー ク

振データから Sarychev 山の 2009 年 6 月 11 日〜16 日の(World-Wide Standard Seismography Network) のデータか

爆発履歴を明らかにして，衛星データから判別した噴火ら 解 明 し た 研 究 が 挙 げ ら れ る．Kanamori and Given

履歴との対応がつき，衛星よりも検知能力が高いことを(1982) は，噴火で励起された極長周期（100〜260 秒）の示した．Fee et al. (2010) は Okmok 山と Kasatochi 山の表面波の放射パターンと時間変化から，最初に噴火に伴2008 年噴火について，IMS の空振データと可視と熱赤

い地滑りと横方向のブラストが起こり，次に上方へ噴射

外の衛星画像データから噴火検出をし，噴火発生時刻，

す る 爆 発 が 起 こ っ た こ と を 明 ら か に し た．そ し て，噴火継続時間を求めた．そして，衛星画像にて検知でき

Kanamori et al. (1984) は実体波の放射パターンと時間変た成層圏へ噴煙が達したときの空振は，0.01-0.5 Hz の帯124

中道治久・青山裕

Fig. 2. Eruption column heights of explosive eruptions inferred from satellite observations. Symbols are as follows :1 gas-steam emissions, 2 explosions, 3 continuous ash emission, 4 times reported in UTC. Figure is taken from
Rybin et al. (2011)．Reprinted from Bulletin of Volcanology, Satellite and ground observations of the June2009 eruption of Sarychev Peak volcano, Matua Island, Central Kuriles, 73, 2011, 1377-1392, Rybin A. et al.,©Springer-Verlag 2011, with permission of Springer.

域にエネルギーが卓越し，スペクトルの形状が人工的に的な火山灰放出噴火を交互に繰り返すパターンがある．

作ったジェットノイズのスペクトルと類似していること

このパターンは諏訪之瀬島や桜島にてよく見られるを指摘した．このことから，プリニー式噴火に伴う空振（Iguchi et al., 2008 ; 立尾・井口，2009）．2 つ目は，溶岩発生メカニズムとして自己相似的なノイズ生成メカニズ

ドーム生成がメインで時折ブルカノ式噴火とストロンボ

ム (Matoza et al., 2009) の存在が示唆される．

リ式噴火をし，連続的な火山灰放出がないタイプで，3-1-2

ブルカノ式噴火

ブルカノ式噴火は島弧の安山岩質火山でしばしば発生
する噴火であり，単発的ないし間欠的に爆発が起こる噴Santiaguito（例えば，Bluth and Rose, 2004）や Soufriere Hills（例えば，Young et al., 1998）の噴火が代表例で，詳しくは 3-1-5 節のドーム生成タイプ噴火にて述べる．

火タイプである．噴火継続時間は数十秒から数十分と比ブルカノ式噴火に到るプロセスを明らかにすることは較的短時間である．噴火にて，火山弾，火山礫，火山灰，

火山学において重要な分野の一つであるため，これまで

ガスを放出する．火道内圧は数十 MPa とされ，噴火にに様々なアプローチにてブルカノ式噴火が精力的に研究

より衝撃波と空振が発生する．火山灰を短時間に大量にされてきた．まず簡単に理論的研究と実験的研究を述べ放出するので，噴煙柱は数 km から十数 km 程度の高さて，観測研究を詳しく述べる．

に成長する．そして，噴煙柱から広範囲にわたって火山

定常状態を仮定できるプリニー式噴火にくらべて，ブ

灰が降下する．このブルカノは，1888 年〜1890 年のエ

ルカノ式噴火は現象そのものが複雑であることから理論

オリア諸島・Vulcano 島の噴火にイタリアの地震学者

的 研 究 は 遅 れ て い た．Turcotte et al. (1990) は 1 次 元

Mercalli が つ け た 名 前 で あ る（例 え ば，Morrissey andショック・チューブモデルにより，マグマ・蒸気混合流

Lastin, 2000）．ブルカノ式噴火の典型が 1950 年代から頻体の火口からの放出速度を数 100 m/s と推定した．さら繁に起こっている桜島の噴火である．

に，Koyaguchi and Mitani (2005) はマグマ破砕の効果を考

ブルカノ式噴火の出現パターンとして 2 通りある．1

慮した 1 次元ショック・チューブモデルにて，火道内圧

つは，ブルカノ式噴火とストロンボリ噴火，そして連続

10-30 MPa で は 衝 撃 波 と マ グ マ 放 出 速 度 を そ れ ぞ れ地球物理学的多項目観測から見た噴火過程

125

600-900 m/s，300-600 m/s と算出した．Clarke et al. (2002)の噴火に前駆する地殻変動の継続時間は，1 時間未満がは溶岩ドーム崩壊を伴うブルカノ式噴火を 2 次元数値シ6 割で，1 時間から 3 時間が 3 割であった．3 時間以上はミュレーションし，噴火前の 10 時間オーダーでの火道

1 割で，時には 7 時間を超える場合がある．新燃岳 2011からの脱ガスの程度が，噴煙柱上昇と火砕流流下の様子

年噴火でもブルカノ式噴火に先行する山体膨張の傾斜変を支配していることを示した．一方，実験的研究も行わ化が観測されており，地殻変動の継続時間は 0.5 時間か

れてきており，急減圧によるマグマ破砕が爆発的噴火のら 2.5 時間で，噴火に近づくにつれ傾斜変化の停滞や比トリガーとして重要であることが示された (Alidibirov

較的小さな山体収縮の傾斜変化が見られた (Takeo et al.,and Dingwell, 1996)．さらに，マグマ破砕において減圧率2013)．インドネシアの Semeru 火山においては，爆発の依存性が調べられており，気泡数密度の破砕への影響

3〜30 分前から火口方向の地盤が隆起する傾斜変化を示(Mader et al., 1994) や 粘 弾 性 的 性 質 の 破 砕 へ の 影 響

し，噴火とともに沈降へと反転することが分かっている(Ichihara et al., 2002) が議論されてきた．

(Iguchi et al., 2008)．同様の変動は諏訪之瀬島火山においブルカノ式噴火の観測的研究は，主に地震と空振と地ても観測されており，広帯域地震計の変位記録から爆発

殻変動観測によって行われてきた．ここでは，短期前駆の 100 秒前から上向きの変位が始まり，爆発開始ととも

過程と爆発過程に分けて説明する．短期前駆過程は秒単に 下 向 き の 変 位 へ と 反 転 す る (Iguchi et al., 2008)．

位から数時間単位までの時間スケールを対象とする．短Nishimura et al. (2013) は諏訪之瀬島火山において傾斜と期前駆過程は主に地震と地殻変動連続観測から明らかに地震の火口近接観測を行い，小ブルカノ式噴火に前駆すなってきており，桜島火山はその代表例である．桜島にる膨張と噴火そして噴火前の微動との関係を明らかにしは，現在活動的である南岳火口から北西に 2.7 km のハル

た．連続灰放出に伴う微動の停止は，山体膨張の開始とタ山と南に 2.1 km の有村に全長がそれぞれ 250 m と 280

おおよそ一致し，膨張の継続時間は 1-2 分としている．

m の観測坑道があり，それぞれに伸縮計 3 成分と水管傾

また，噴火規模と膨張量には，正の相関があることを指斜計 2 成分の地殻変動連続観測装置が設置されている

摘した．微動停止と膨張の時間帯ではガス放出が停止し（ハルタ山 : 1985 年設置，有村 : 2006 年設置）．そして，ていることから，微動とガス放出停止と膨張は，噴火前

南岳の噴火については，短期前駆過程である噴火の 10に火口にキャップが出来てガスが直下に蓄積して火道内分から 7 時間前から火口側隆起の傾斜変動と火口方向おの 圧 力 が 高 ま る こ と で 説 明 さ れ る (Nishimura et al.,

よびその直交方向の伸張が見られ，噴火後に火口側沈降

2013)．噴火に先行する膨張は噴火直前に加速する場合の傾斜変動と火口方向およびその直交方向の収縮がハルとしない場合がある．理論的研究からマグマ中にガスがタ山の地殻変動連続観測にて見られることが報告されて生成され，気泡成長に伴い山体膨張が加速することが示いる（例えば，Ishihara, 1990 ; 立尾・井口，2009 ; Iguchi,

されている (Nishimura, 2006 ; Nishimura, 2009 ; Kawaguchi

2013）．また，噴火に先行する地殻変動を引き起こす膨

et al., 2013)．一方，脱ガスが進んでいる場合か火道上端

張圧力源の深さは 2-4 km と見積もられている (Ishihara,と下端の圧力差が大きい場合は山体膨張の加速は見られ

1990)．一方，2006 年に再開した昭和火口活動におけるない (Nishimura, 2006 ; Kawaguchi et al., 2013)．Nishimura

ブルカノ式噴火については，前駆する地殻変動と噴火に

et al. (2013) がブルカノ式噴火に先行する地殻変動につ伴う地殻変動が南岳噴火の地殻変動とは異なるため，地

いて複数の火山を比較しており，諏訪之瀬島では一定レ

殻変動から南岳噴火と昭和火口噴火の区別が出来ること

イトでの膨張 (Nishimura et al., 2013) と加速的膨張と直が示されている (Iguchi et al., 2013)．Iguchi et al. (2013)

前の小さい収縮 (Iguchi et al., 2008)，桜島では一定レイト

は昭和火口の 2009 年のブルカノ式噴火（578 個）についで の 膨 張 と 停 滞 と 直 前 の 収 縮 (Iguchi et al., 2008)，て有村における地殻変動を調べ，60 % 以上の噴火についSemeru 火山では加速的膨張と報告されている (Nishimuraて噴火に前駆した伸縮計の火口方向の短縮と直交方向の

et al., 2012)．

伸張を見いだした．一方，噴火に前駆する火口側隆起の爆発過程については主に地震と空振の観測から研究が

傾斜変動が見られるケースは全体の 5 % であった．噴火

されている．山腹に複数の広帯域地震観測点が展開されに伴う地殻変動は，噴火に前駆する変動と逆の極性で，るようになり，爆発地震の波形インバージョン解析が精短時間での変化である．伸縮計の火口成分と直交成分の力的に行われることで明らかになってきた．Ohminato et

極性が異なることは，ソースが浅いことを示しており，al. (2006) は，浅間山の 2004 年噴火について地震（爆発

噴火に伴う傾斜変化と伸縮計変化からソースの深さを南地震）の波形インバージョンからシングルフォースを推岳噴火と昭和火口噴火とで比較したところ，それぞれ定した．浅間山の主な 5 つの噴火について，噴出物量（質2-4 km，0-1.5 km であった (Iguchi et al., 2013)．昭和火口量）とシングルフォース値と爆発による空振値には相関126

中道治久・青山

裕が見られないことを示した．つまり，火道における力の規模（シングルフォース値）が，噴火の規模（噴出物量）に比例しない．このことは，悪天候において噴火規模を
リアルタイムに推定することにおいて大きな課題であることを示している．火山性地震の研究では，波形インバージョン解析における周波数帯域は 0.01〜2 Hz に設定されることが多い．この帯域を励起する力源の規模と噴火規模には，明瞭な相関がないことを示唆しているかもしれない．
Kim et al. (2014) はエクアドル Tungurahua 火山の 2010
年の爆発地震を 2〜10 s の長周期帯域について波形インバージョン解析を行い，深さ 1.5 km にソースがあり，モーメントテンソルの鉛直方向のダイポール成分と下方向シングルフォースが卓越することを示した．そして，ソースにおける体積変化量を 600〜4,500 m3 と見積もった．また，モーメントと空振振幅と比較したところ，無相関であることが明らかになった．Dawson et al. (2011)はアラスカ Augustine 火山の 2006 年の噴火（噴煙柱高度Fig. 3. Process of Vulcanian eruption based on geophysical and gas observations at Sakurajima, Semeru, andSuwanosejima volcanoes. Figure is taken from Iguchi
et al. (2008). Reprinted from Journal of Volcanology
and Geothermal Research, 178/1, Iguchi, M. et al.,Mechanism of explosive eruption revealed by geophysical observations at the Sakurajima, Suwanosejima and
Semeru volcanoes, 1-9, Copyright (2007), with permission from Elsevier.

9-14 km）の広帯域地震記録から，10〜30 秒の超長周期成分を抽出して波形インバージョン解析を行った．そし縮．収縮段階は火道浅部の急激な収縮と，火道深部の緩て，火口直下 1 km にソースがあり，モーメントテンソル

慢な収縮．桜島南岳噴火では火道浅部での急激な収縮はの鉛直方向のダイポール成分が卓越すること示し，震源地 殻 変 動 (Ishihara, 1990) と 爆 発 地 震 (Tameguri et al.,

時間関数から膨張─収縮─膨張というパターンを見いだ2002) により確認されている．

した．

桜島南岳の一回のブルカノ式噴火によって放出される

Iguchi et al. (2008) は地震と地殻変動連続観測の桜島，火山灰量は，1987 年 11 月 17 日の噴火では 20〜40 万ト

諏訪之瀬島，スメル火山の比較から短期前駆過程と爆発ンと推定されている（石原・小林，1988）．最近の南岳に過程の概念的モデルを構築した (Fig. 3)．前段階として，おける顕著な噴火は，2012 年 7 月 24 日の噴火（噴煙高

溶岩ドームにより閉塞された火道上部プラグがあり，プ

度 8,000 m）で，火山灰放出量は 25 万トンと推定されてラグ直下にガスポケットが形成されている (Ishihara,

いる（井口，2013a）．現在継続中の桜島昭和火口の一回

1985)．第一段階 : マグマ上昇により火道内部の圧力増のブルカノ式噴火によって放出される火山灰量は，最大加．圧力が溶岩プラグの強度を超えたため，プラグから規模であった 2013 年 8 月 18 日の噴火（噴煙高度 5,000

ガスが漏れる．第二段階 : ガス漏れのため，火道の小収m）で地殻変動から 15 万トンと推定されている（井口・

縮．第三段階 : ガス漏れによる減圧による過飽和マグマ

為栗，2014）．

の急激な脱ガスと，それによるマグマの体積と圧力の急

桜島ではブルカノ式噴火後に引き続き連続的灰放出が激な増加．この段階は，爆発地震の開始に対応しており，しばしば見られる．連続的灰放出では，火山性微動を伴

体積圧力増加場所は桜島南岳では深さ 2-3 km と推定さう．井口 (2013b) は，桜島昭和火口の火山性微動からスれている (Iguchi, 1994 ; Tameguri et al., 2002)．第四段階 :ペクトルを議論し，噴出量と相関のある帯域として 2-3

火道の最上部でのガスポケットの体積増加と増圧，そしHz を見いだし，地震動パワースペクトル値と火山灰放て火口底にて爆発的噴火開始．ガスポケットを封じてい出量との関係を見いだした．そして，火山灰放出量と火た溶岩プラグはガスポケットの急激な膨張により破壊さ山性微動のパワースペクトル，爆発的噴火に伴う圧力源

れる．この段階に対応する爆発開始直前の前駆過程につの体積変化量の和を月ごとに比較して，線形の経験式をいては，Yokoo et al. (2009) が桜島南岳の噴火において，得た．

Yokoo and Iguchi (2010) が諏訪之瀬島の噴火において，Nishimura and Hamaguchi (1993) はブルカノ式噴火の爆

空振の先行相を見いだし，爆発直前の溶岩プラグの上昇

発地震の波形を鉛直下向きのシングルフォースにて説明

として解釈している．第五段階 : 火山ガスと火山灰放出

し，浅間山 1983 年噴火と十勝岳 1989 年噴火のデータかによる火道内部の減圧と体積減少，それに伴う火道の収ら力の大きさと継続時間と火口半径とのスケーリング則

地球物理学的多項目観測から見た噴火過程

127を明らかにした．そして，メキシコ Colima 山のブルカれるというモデルが提唱されている．マグマ中での大気ノ式噴火の爆発地震についてシングルフォースと継続時

泡の形成過程については，マグマ溜まり天井部や火道形

間 が 推 定 さ れ (Zobin et al. 2006a, 2006b, 2009, 2014)，

状が変化する部分といった物理的境界における気泡の集

Popocatépetl 火 山 に つ い て も 同 様 に 推 定 さ れ た (Cruz-

積が寄与しているとする考え方や（例えば，Jaupart andAtienza et al., 2001 ; Zobin et al., 2009)．また，十勝岳 1988

Vergniolle, 1989 ; Ripepe et al., 2001），ゆっくりと上昇す

年・1989 年噴火について加藤・他 (2002) は爆発地震のるマグマの内部で小さな気泡が集積，合体して大きな気

強震動記録からシングルフォースと継続時間を推定し泡が形成されるとする考え方（例えば，Parfitt and Wilson,

た．

1995）など諸説あり，観測事実や室内実験などに基づいブルカノ式噴火の発生過程については，近年精力的にて様々な数理モデルが提唱されているが，現在において行われてきた多項目観測から，噴火の前駆過程ならびにも噴火過程が十分に理解されているわけではない．ま

爆発過程について詳細が明らかになりつつある．前駆過た，Stromboli 火山ではストロンボリ式噴火の他にも，程については，地殻変動観測から山体膨張と停滞および「puffing」と呼ばれる数秒程度で繰り返す小規模なガス

若干の収縮が複数の火山にて見られ，火山性微動の発生

放出が継続的に見られるほか（例えば，Ripepe et al., 2002），と停止との関係も明らかになりつつある．爆発地震の波

山腹からの溶岩流出や非常に希に山麓の集落まで岩塊を形インバージョンでは，共通的なメカニズム解として鉛飛ばすような「paroxysm」と呼ばれる爆発的噴火も発生

直方向のダイポールと鉛直下向きのシングルフォースがすることがある（例えば，Barberi et al., 1993）．本節では得られている．また，爆発地震のシングルフォース解析

ストロンボリ式噴火に関する観測研究を主に紹介し，から，震源に働く力の大きさと継続時間のスケーリング

puffing や paroxysm については立ち入らない．

が複数について検討され，スケーリング則に関しての議

長期間にわたって頻繁に噴火を繰り返しているという論が進んでいる．さらに，地殻変動や地震波動を用いてStromboli 火山の高い活動度と，ブルカノ式噴火などに火山灰放出量推定する方法が考案され，噴火規模の定量

比べて噴火の規模が小さいというストロンボリ式噴火の化が進んできた．

特徴から，Stromboli 火山では火口の極近傍において地

3-1-3

ストロンボリ式噴火

震や空振などの力学的観測や可視・熱映像観測が試みら

噴火様式の命名の由来となっているイタリア南部のれてきた（例えば，Chouet et al., 1974 ; Ripepe et al., 1993 ;Stromboli 火山では，1 時間あたり数回から十数回というVergniolle and Brandeis, 1994 ; Ripepe et al., 1996）．これら

高頻度でストロンボリ式噴火が繰り返し発生しているの先駆的な研究では，ストロンボリ式噴火による物質放（例えば，Chouet et al., 1974 ; Ripepe et al., 1993）．火山ガ

出の速度や放出される気相と液相の重量比，噴火と地震

スとともに玄武岩質マグマの飛沫や赤熱した岩片がや空振との関連が議論された．先駆的研究の 1 つであるジェットとして放出されるという噴火形態はハワイ式噴

Braun and Ripepe (1993) は，短周期地震計による火口近火と類似しており，発生過程については共通する点も多傍観測から，空振が地震波データに高周波の信号としてい（例えば，Parfitt, 2004）．国内では，阿蘇山にてストロ

重畳すること，空振の到達前に P 波的な振動特性を示す

ンボリ式噴火が見られることが知られており，前節で述

数 Hz に卓越周期をもつ地震波が現れること，地震波のべた通り桜島火山においても，噴煙を単発的に放出する到着時と空振の到着時の時間差はイベントによって変わ

噴火やストロンボリ式噴火に似た間欠的な小噴火が火山ることを示し，噴火時のマグマ表面での爆発が地震と空灰放出を伴いながら継続することもある（立尾・井口，

振を同時に励起していると解釈した．

2009）．一般的に，
ストロンボリ式噴火の発生過程は，「ス

1990 年代に入ると可搬型の広帯域地震計の普及にラグ流」で近似される火道内の大きな気泡の上昇と，マ伴って火口近傍で実験的な観測が行われるようになりグマ表面に到達した大気泡の破裂として理解されてきた（例えば，Neuberg et al., 1994 ; Kirchdörfer, 1999 ; Wielandt（例えば，Vergniolle and Brandeis, 1996 ; Vergniolle et al.,and Forbriger, 1999 ; Chouet et al., 2003），連続的なモニタ

1996 ; Ripepe et al., 2002）．Vergniolle and Brandeis (1996)

リングにも広帯域地震計が活用されるようになった（例と Vergniolle et al. (1996) にまとめられた一連の研究でえば，Giudicipietro et al., 2009 ; Genco and Ripepe, 2010）．

は，火道中を上昇してマグマ表面に至った大気泡の振る

1990 年代前半に行われた先駆的な広帯域地震観測に舞いについて，理論的および実験的な考察と Stromboli

よって，ストロンボリ式噴火の発生に同期して 10 秒程

火山における空振の観測記録に基づき，表面に到達した度の長周期の地震波が励起されていることが見出され気泡が作る半球状の液膜が一旦振動したあと，液膜の半た．Neuberg et al. (1994) は，Stromboli 火山の北山腹で実径が最小となる際に気泡が破裂して内部のガスが放出さ施した 9 台の地震計による臨時観測から，噴火に伴って

128

中道治久・青山裕

長周期の地震波が励起されていることを示すとともに，その地震波が火口直下の浅い領域へ向かうような引きの極 性 で 始 ま る こ と を 指 摘 し た．Wassermann (1997) はビームフォーミング解析により，Kirchdörfer (1999) は地震波の振動軌跡から，Wielandt and Forbriger (1999) は地
震記録に含まれる傾斜成分を用い，いずれも Neuberg etal. (1994) と同様に火口直下の浅い領域から長周期の地震波が放射されていることを示した．Chouet et al. (2003)
は 1997 年に Stromboli 火山の火口を取り囲むように配置した 23 台の広帯域地震計で短期間の臨時観測を実施
し，この長周期の地震波について震源位置とメカニズムを探索する波形インバージョン解析を行った．観測期間中にとらえられた長周期の地震波は大きく 2 種類に分類され，それらは火口から北西へ約 160 m，深さ 220 m から 260 m（海抜 480 m から 520 m）に位置する 2 つの傾いたダイクがストロンボリ式噴火に伴って開閉することで地震波が励起されていると解釈した．本節の以降では，多くの研究論文に倣ってこの長周期の地震波を “verylong-period signal (VLP)” と呼ぶことにする．Chouet et al.
(2003) までに報告されてきた VLP の観測事例や表面での噴火現象との対応から，Stromboli 火山の VLP はいわ
ゆる爆発地震の一種と考えられてきた．
短期間の臨時観測から示されたこれらの結果に対し，
Marchetti and Ripepe (2005) は，Stromboli 火山における2002 年 12 月に始まった溶岩流出活動期とそれ以前のやや長期間の VLP 活動について報告している．山腹からの溶岩流出前に山頂火口で見られていたストロンボリ式

Fig. 4. Inflation‒deflation ground deformation (nrad)cycles recorded at the borehole type tilt stations (a),(b), and (c), and derived from the broadband horizontal
seismic signal (d) and (e). (f) Associated grounddisplacement (µm) in the VLP seismic band. Figure istaken from Genco and Ripepe (2010).

噴火は，溶岩流出の開始とともに消失する一方で，VLPの活動は変わらず継続していた．同一観測点で記録した溶岩流出期の VLP と流出前の VLP の波形を比較した結山の活動状態にあわせて VLP の震源位置自体が時間的果，鉛直断面の振動軌跡は溶岩流出期により大きな傾斜に大きく変動していることを強く示唆している．主に短角を持ち，VLP の震源が深くなったことを示唆してい期間の観測事例に基づいて導かれてきた VLP の従来のた．また溶岩流出活動の終盤には傾斜角が小さく（震源

解釈では，長期間の連続観測から明らかになった震源移が浅く）なっていく変化が認められた．Giudicipietro et動等の特徴は説明しにくいようである．

al. (2009) は 2007 年 2 月末に始まった溶岩流出活動前後

VLP よりもさらに長い周期の変動として，Genco andの VLP について，13 点の広帯域地震計記録を用いて精Ripepe (2010) は山頂から山腹に展開したボアホール傾

査し，やはり溶岩流出活動の開始とともに VLP の震源

斜計と広帯域地震計の記録から，ストロンボリ式噴火に位置が深くなったことを示唆する振動方向の変化を見出伴う膨張-収縮現象を見出した．個々のストロンボリ式

した．Ripepe et al. (2015) は，同じ 2007 年 2 月からの溶噴火の 200 秒ほど前から山頂方向の隆起を示す変化が見

岩流出活動について溶岩流出率を説明しうる数理モデル

られるようになり，最後の 20-30 秒で隆起変動が加速すを提示する中で，数理モデルに基づいて推定される火道

る．変動量は大きい観測点でも 100 nrad 未満である．噴内のマグマ残量の時間変化と VLP の振動方向の時間変

火が起こると山頂方向が急激に沈降し，噴火のたびに同化に強い相関が見られること，溶岩流出期を含む 2006

様の膨張-収縮を繰り返す (Fig. 4)．スタックした傾斜変

年から 2013 年の VLP の振動方向の時間変化と熱赤外カ動記録から，噴火前の約 200 秒間の隆起が t1.5 に比例すメラの映像から追跡した火口縁の標高変化に強い相関がることを指摘し，Nishimura (2009) から予測されるよう見られることを示した．これらの最近の研究成果は，火な噴火前のマグマの上昇を反映していると解釈した．

地球物理学的多項目観測から見た噴火過程

129

Kawaguchi and Nishimura (2015) は，James et al. (2008) による気泡の上昇モデルから期待されるストロンボリ式噴
火に先行する傾斜変動を，3 次元の地形を考慮した数値
計算により検討した．その結果，Genco and Ripepe (2010)が観測したような噴火に向かって加速する傾斜変動ではなく，気泡が上昇することによって生じる火道内の減圧の効果が噴火直前に現れることが確認された．そのため観測された傾斜変動を説明するには，気泡の上昇モデルについての再検討もしくは異なるメカニズムの導入が必要であると述べている．
一方，ストロンボリ式噴火の表面活動については，空振や映像，レーダーなどを用いた観測研究が盛んに行われている．特に Stromboli 火山では複数の火口からストロンボリ式噴火や puffing が起こるため，ガス放出が起きている火口を自動的に判別する目的で，空振計の小規模アレーを用いた観測が早くから行われてきた (Ripepe
and Marchetti, 2002 ; Johnson, 2005)．現在では常設の空振計アレーのデータをルーチン的に自動処理するシステムが構築され，研究はもとより火山活動の推移把握や防災情報の発信にも役立てられている．Chouet et al. (1974)
や Ripepe et al. (1993) が推定したストロンボリ式噴火の物質噴出速度は，ドップラーレーダー (Hort et al., 2003，

Fig. 5. Thermal and acoustic signature of a Strombolian
eruption (May 5, 2008, 16 : 38 UTC, NE crater). (a)Snapshots of the eruption from the NE crater taken at 1
s intervals. (b) Temperature of the explosion integrated
in the field-of-view. (c) Vertical and horizontal
velocities derived by thermal decomposition analysis.
(d) Infrasound associated with this explosion has beencorrected for the theoretical reduced time at the ventand shows that the acoustic waves are generated before
the gas/ash mixture comes out of the vent. Figure istaken from Delle Donne and Ripepe (2012).

Scharff et al., 2008)，熱動画 (Patrick et al., 2007，Harris etal., 2012) などを用いて追試が行われ，Delle Donne andRipepe (2012) による 50 Hz サンプリングの高速度熱映像

ア・Sicilia 島の Etna 山で見られる溶岩噴泉活動は，しばを用いた観測でも最大で 200 m/s 程度であり，超音速にしば大規模なダイク貫入と溶岩流出イベントに先だってはなっていないと考えられてきた (Fig. 5)．最近では高発生してきたことが報告されている（例えば，Parcheta et

速 度 カ メ ラ を 用 い た 観 測 が 行 わ れ る よ う に な り，

al., 2012 ; Bonaccorso et al., 2011a）．国内では 1983 年のTaddeucci et al. (2012) は粒子追跡から最大で 400 m/s を三宅島や 1986 年の伊豆大島の噴火で溶岩噴泉活動が見超える噴出速度やを見積もっている．また Genco et al.

られた．Parfitt (2004) は溶岩噴泉現象の発生過程に関す(2014) は画像輝度の時空間変化から圧力波の伝搬速度やる理論的研究についての比較検討を行い，Wilson (1980)方向を推定し，噴出の中心軸付近に音速を超えるガス流

や Wilson and Head (1981) を起源とする “The rise speedがあると推定した．一方，Goto et al. (2014) は，高周波dependent model”（RSD モデル）と，Vergniolle and Jaupart

へ帯域を広げて取得した空振記録に超音速ジェットの空(1986) や Jaupart and Vergniolle (1988)，Vergniolle and振に類似した非対称性が認められることと，可聴域高周Jaupart (1990) を起源とする “The collapsing foam model”

波音の出現タイミングが最初の圧縮波が減圧する前であ（CF モデル）の大きく 2 つの立場があると述べている．

ることに基づき，ストロンボリ式噴火の物質放出中にもRSD モデルは火道内におけるマグマの上昇スピードが超音速の現象が含まれており，空振は気泡膜の振動では気泡の成長や合体および脱ガス様式を決めるというもの

なく破裂時のマグマ表面の隆起で放射されていると推測

で，マグマの上昇速度が 0.01-0.1 m/s を上回ればハワイした．これらの最近の研究事例は，表面現象の時空間的式噴火になり，遅い上昇速度ならストロンボリ式噴火にな微細構造をとらえることで，従来の観測では見出せななると予測する (Parfitt and Wilson, 1995)．マグマの上昇

かった特徴の抽出に成功している．

速度が速い場合，火道内のマグマはマグマ中の気相が液3-1-4

ハワイ式噴火相と大きな相対運動をする前に地表に噴出するため，

Hawaii 島の火山活動に代表される玄武岩質溶岩の噴RSD モデルでは気相と液層の相対運動を考えない．マ

火様式の一つで，数時間以上にわたって継続する大規模グマの上昇中には，気泡の生成や拡散と，減圧による気な溶岩噴泉活動で特徴づけられる．Hawaii 島やイタリ

泡の成長が起こり，気相の体積分率が上限（例えば 60-

130中道治久・青山裕

95 %）を上回るとマグマが破砕する．破砕後は上昇する

al. (2005) は 2000 年 6 月 14 日に Etna 山頂の南東火口でマグマと火道壁との摩擦が大きく低下するためガス-マ

発生した溶岩噴泉活動について，火山ガスの分光解析を

グマ混合物の上昇速度はますます大きくなり，最終的に行った．そして噴泉活動で放出されたガスの CO2 /S 比

地表での噴出速度は 100 m/s 程度に達する (Wilson andや S/Cl 比について，1.5 km ほどの深さでマグマから分離

Head, 1981)．このようなメカニズムで生じる連続的なマした状態で存在していたはずであり（CF モデル的），上グマ放出がハワイ式噴火であるとしている．反対にマグ昇と同時に生じる脱ガス（RSD モデル的）では説明でき

マの上昇速度が遅い場合は，マグマ中の気相は液相よりないと結論づけている．2008 年 5 月 10 日に同じ南東火も速い速度で液相中を上昇する．気泡のサイズが大きい口で発生した山腹大規模噴火直前の溶岩噴泉活動についほど上昇速度が速いため，速く上昇する大きな気泡は上ては，Bonaccorso et al. (2011a) が噴出物の組成分析を含方にある小さい気泡を取り込みながら成長する．その結む多項目観測の結果を紹介し，やはり CF モデルの方が果として大気泡が形成され，ストロンボリ式噴火が生じ適切だと述べている．この活動は 2008 年 5 月 13 日からるとしている．一方の CF モデルは，マグマ溜まりなど

2009 年 7 月まで続く大規模溶岩流出の直前に起こったの天井部に集積した気泡が合体して火道内に流れ込み，噴火で，噴出物量は 1.5×106 m3 程度と見積もられ，2007

気相がマグマに対して相対速度を持って上昇するという年から 2008 年に繰り返された噴泉活動の中でも最大で考え方が基本となっている．Jaupart and Vergniolle (1988)

あった．噴泉活動ごとに得られる噴出物の化学組成の時は室内実験に基づいて，火道内の流れがスラグ流となる間変化からは，時間とともに噴出物の進化が進んでいる

場合にはストロンボリ式噴火となり，環状流（火道壁にことが示唆され，大規模噴火の初期に最も進化したマグ接触した環状マグマの中心部を気相が上昇する）となる

マが噴出した．この結果は溶岩噴泉が新たに深部から上場合にはハワイ式噴火になるとしている．Parfitt (2004)

昇してきた未進化なマグマの発泡によって生じているとは，どちらのモデルにも致命的な欠陥はないとしながらする考え方（RSD モデル）とは合致しない．これと同様

も，1983 年 か ら 1988 年 に 発 生 し た Kīlauea 火 山 Puʻuの議論は 2000 年に繰り返された噴泉活動の噴出物に関ʻŌʻō 噴火に際して得られた各種データに両モデルを適

す る 研 究 で も 行 わ れ て い る (Andronico and Corsaro,

用すると，ガス成分比など CF モデルでは説明しづらい2011)．地球物理的な観測データについては，5 月 10 日点があると述べている．

の噴泉活動の 1 週間くらい前から LP 地震の回数や振幅

いずれのモデルが溶岩噴泉現象の本質を反映しているに増大が認められた．その震源は南東火口の下の標高

かはともかく，Parfitt (2004) が議論したように多くの研2000 m 付近に求められる．火山性微動の振幅分布の時究者から受け入れられる理論的な噴火モデルは既に提示間変化からは，噴泉活動の開始に合わせて微動の RMSされている．その一方で，観測に基づいて噴火モデルを振幅が急増したこと，および微動の震源が噴泉活動が起構築したり，既存の噴火モデルを評価したりするようなこった南東火口の直下の浅い部分に移動したことが明ら

観測研究事例は多くない．

かになった (Fig. 6)．傾斜計には山頂方向の沈降を示す

Etna 山では 2000 年以降も溶岩噴泉活動が繰り返し認信号が現れ，1.5×106 m3 の体積減少を与えた茂木モデル

められており，観測事実に基づいてモデルの検討が進めを仮定すると，海面下 3-4 km に変動源を考えると説明られている．噴泉活動は，2000 年に 66 回のイベント，

できることが分かった．この他にも連続重力観測値に現

2001 年に 15 回のイベント，2007 年から 2008 年に 7 回れた変化は低密度のガスに富んだマグマ（気泡層）の移のイベント，2011 年から 2013 年に 38 回のイベントが動で説明できるとしている．その後の大規模溶岩流出活あった (Bonaccorso and Calvari, 2013)．これらはいずれ動期の多項目観測の成果については，Bonaccorso et al.

も，より大規模な溶岩流出イベントに先だって発生して(2011b) などに紹介されている．

おり，その前兆過程と考えられている．Etna 山の溶岩噴

フランス領レユニオン島の Piton de la Fournaise 火山

泉活動は急に始まるのではなく，小規模な溶岩流噴出か(PdF) もハワイ式噴火が見られる火山として知られていら数時間程度続くストロンボリ式噴火に移行した後に現る．Battaglia and Aki (2003) は PdF で取得された火山性れる (Bonaccorso et al., 2013)．このような観測事実は，地震や崩落に伴う振動の発生位置と震源強度を，観測さ理論モデルでも検討されているように，ストロンボリ式

れた地震波の高周波振幅の空間分布を元に簡便に推定す

噴火から溶岩噴泉活動への遷移過程が噴火過程の理解にる方法を提案した．この方法は P 相や S 相といった位

おいて極めて重要であることを示している．

相の情報を使わないため，微動のような連続的な振動にEtna 山における溶岩噴泉活動については，CF モデル

対しても適用でき，Battaglia and Aki (2003) は噴火位置のの方が観測事実を説明しやすいとされている．Allard et

即時同定にも応用できる可能性があることを示した．

地球物理学的多項目観測から見た噴火過程

131

規模溶岩流出にいたるダイクの貫入過程を明らかにするという観点で成果を上げている．しかしながら，噴泉活
動自体を理解する上で重要な物理モデルの評価という観点では，噴出物分析や火山ガス分析といった研究手法からの検討が専らである．このことは，モデルの評価において鍵となる火道内の気相の振る舞いに関する情報を物
理観測によって得ることの難しさを表している．
3-1-5

ドーム生成タイプ噴火

安山岩質から流紋岩質の高粘性マグマがもたらす噴火
活動のうち，気泡流としてゆっくりとマグマが地表に放出される場合には溶岩ドームが生成される．溶岩ドームの生成活動中には，溶岩ドームが重力的に不安定となってドーム崩壊型の火砕流が発生することもあれば，爆発的噴火（ブルカノ式噴火）が発生することもある．ここでは溶岩ドームの生成や溶岩ドームを有する火山で見られる爆発的噴火の前駆活動に注目した最近の研究事例に絞って取り上げる．溶岩ドームの観測研究では，地震発
Fig. 6. (a) Wide-band tremor (WB) and (b) narrow-band(NB) volcanic tremor source locations in map view andcross section, and (c) RMS seismic amplitude on May
11-13, 2008. The colors of the dots in (a) and (b)indicate the different time intervals shown in (c). The
red and black colors correspond to the May 10, 2008
lava fountain and the days of very rapid processes
during the 2008-2009 eruption, respectively. Figure istaken from Bonaccorso et al. (2011 a).

生率や傾斜変動の数時間単位での周期的な変化（例えば，
Voight et al. 1999），分オーダーでの繰り返しの地震発生（例えば，Iverson et al., 2006），地震波の単色的スペクト
ル構造（例えば，Neuberg et al., 2000）など，多様な周期性を持つ現象の発生が数多く報告されてきた．この 10
年では，これらの周期性に注目して溶岩ドーム噴火の物
理過程を議論する観測研究が目につく．さらに長い数週間から年単位の周期性については，Melnik and Sparks(1999, 2005) など 1 次元火道流モデルに基づく理論的考察もなされているが本稿では触れない．

Battaglia et al. (2005a, 2005b) は 1998 年以降の噴火活動

国内での溶岩ドーム噴火の最近の事例は，1991 年からで得られた地震波データにこの手法を適用し，5-10 Hz

1995 年まで続いた雲仙普賢岳の活動である．この噴火の帯域で振幅を評価した場合には表面活動との位置の対活動に際して地震観測や地殻変動観測のほか比抵抗探査

応が良いこと，微動振幅の積算値が溶岩噴出量を良く反や衛星熱赤外観測も行われ，一連の成果は Journal of

映していることを示した．PdF では，その後 2007 年 4

Volcanology and Geothermal Research 誌の特集号（1999

月に山頂の Dolomieu 火口の陥没と側噴火口からの溶岩年）にまとめられている．普賢岳の活動に限らず，溶岩流出という大規模な活動があった．地震計，傾斜計，

ドーム噴火では波形が相似となる地震群が特徴的に現れ

GNSS，可視映像などのデータに基づいて，マグマの蓄ることが知られている（例えば，Okada et al., 1981）．

積から火口陥没と溶岩流出にいたった過程の解明が進め

Umakoshi et al. (2008) は普賢岳のドーム生成期全体を通られている（例えば，Staudacher et al., 2009）．陥没進展

した地震活動について，58 万個の地震を高周波 (HF) タ

期に 2000 年の三宅島噴火で見られたのと同様な鋸歯状

イプ，中間 (MF) タイプ，低周波 (LF) タイプに分類し，の傾斜変動や辺長変化が認められていることは非常に興ドーム成長の時期との対比を行うと共に，相互相関を用

味深い（例えば，Michon et al., 2011）．また最近では，いた相似地震のグループ分けを行った．HF タイプはHibert et al. (2015) が PdF における 2010 年 1 月に発生し1991 年 5 月の溶岩ドーム出現期と 1993 年 11 月以降のた噴泉活動と溶岩流出活動について，地震，空振，写真

内生的ドーム成長が卓越する時期に特徴的に認められる

測量，火山ガスなどの多項目観測から溶岩流出率の連続のに対し，外生的ドーム成長が卓越した 1991 年 6 月か的な評価を試みている．

ら 1993 年 8 月までは LF タイプが支配的で，1-2ヶ月お以上見たように，ハワイ式噴火の噴火過程については，

きに地震活動の増減が認められた．単一の相似地震群の物理的な多項目観測はマグマ溜まりの位置や変動量，大活動期間はおよそ 2 週間以内で地震活動度の強弱とは関132

中道治久・青山裕

係がなく，HF や MF タイプの地震群では複数の相似地震群が同時に活動するのに対し，LF タイプの地震群では相似地震群が次々と入れ替わるように現れるという活動様式の違いが明らかになった．さらに Umakoshi et al.
(2011) はドーム出現期の 1991 年 5 月の地震活動に着目し，HF タイプの地震活動が 1-2 時間周期で増加するのと同期して山頂方向上がりの傾斜変動が認められることを報告した．また，Hornby et al. (2015) は普賢岳の活動の最終期に見られた周期的な地震活動を伴う溶岩尖塔の成長過程について，岩石の滑り実験と組織観察に基づいた検討を行った．そして，一定の深度より深い領域では摩擦熱による岩石の溶融が起こると指摘し，尖塔の成長は深さ方向に変化する滑り摩擦に支配されると述べている．普賢岳の溶岩ドーム成長の噴火では，溶岩ドームや火道の内部で地震の発生が認められる．従来は高温のマグマ内部では脆性破壊が生じないと考えられてきたが，最近では 600℃を超えるような高温であっても，高粘性Fig. 7. Drumbeat earthquakes recorded at Mount St. Helenson December 1-2, 2005. Earthquakes repeat quite
regularly. Figure is taken from Iverson et al. (2006).
Reprinted permission from Macmillan Publishers Ltd :[Nature] Iverson, R. M. et al., 2006. Nature 444 :
439-443. Copyright 2006.

マグマが溶岩ドーム成長などの大きなひずみ速度を持つ
場合には，メルトの破断やクリープによる変形で地震がる．この高空隙率の円管状の層が火道壁と火道内の高粘発生すると指摘する研究も報告されている（例えば，性マグマの間でバネのような役割を果たすために，火道．
Goto, 1999 ; Tuffen et al., 2008）

内のマグマが水平方向へ運動すると平衡状態へ戻そうと

普賢岳の活動以降，国内では溶岩ドームの成長を伴うする振動が起こると述べている．

噴火活動が発生していないこともあって，溶岩ドーム噴同じくアメリカの St. Helens 火山において 2004 年 10

火に関する観測研究は行われていない．一方，海外では月に再開した溶岩ドーム生成を伴う火山活動では，ハイ溶岩ドームの生成が継続，再開している火山があり，精ブリッド型の火山性地震が 30 秒から 300 秒の間隔で周力的に観測研究が行われている．2009 年に発生したア

期的に繰り返し発生しているのが観測された．Iverson et

メリカの Redoubt 火山の活動では，溶岩ドームの生成とal. (2006) はこの周期的な地震活動を ‘drumbeats’ と名付

ともに爆発的な噴火の発生が報告されている (Bull and

け (Fig. 7)，火道の内圧で成長するドームの周縁部で繰Buurman, 2013)．Hotovec et al. (2013) は複数回の爆発的り返し発生する stick-slip が地震を起こしていると仮定

噴火に先立って，地震波のスペクトル構造が時間とともした力学的モデルを提案し，その振る舞いを検討したに高周波化し，噴火の 30 秒ほど前には静穏化したよう(Fig. 8)．適当なパラメータを選択すると St. Helens 山でに見えるという観測事実を示した．同様のスペクトル構観測されたような数 10 秒おきの繰り返し滑りを再現で造の時間的変化は，Redoubt 火山と同様に火口に溶岩き，その場合の火道内圧力の変動幅は圧力絶対値の 0.02

ドームを頂くイギリス領西インド諸島 Montserrat 島の% 未満と小さいことが分かった．Kendrick et al. (2014)

Soufrière Hills 火山でも報告されている（例えば，Neuberg,

はこの stick-slip モデルについて検討するため，St. Helens．Dmitrieva et al. (2013) は Redoubt 山の地震波スペ
2000）

火山や Soufrière Hills 火山の溶岩を用いてドームの成長

クトルの時間変化について断層運動の摩擦構成則 (Rice

を模した岩石滑り実験を行った．そして，滑りに伴う溶

et al., 2001) に基づいた数値的検討を行った．最終的な岩の摩擦融解が生じること，および生成したメルトが滑破壊過程である爆発的噴火に向かってひずみ速度が増加

りを減速させる働きをすることを示した．

していくと，滑り速度の増大する周期が時間とともに短Soufrière Hills 火山の 1997 年 6 月の活動で見られた数

くなることを示し，スペクトル構造の時間変化が説明で

時 間 お き の 周 期 的 地 震 活 動 や 傾 斜 変 動 に つ い て，きるとした．一方，Jellinek and Bercovici (2011) は同様のNeuberg et al. (2006) はドームの膨張を示す傾斜変化と地地震波スペクトル構造の生成メカニズムについて異なる

震活動の増大が同期していることから，火道内マグマのモデルを提唱した．高粘性のマグマが火道内を上昇する

繰り返し滑りが地震を起こしていると考えた．同じ活動

とき，火道壁に近い部分ではせん断ひずみが大きくなりについて，Costa et al. (2012) は高分子化合物の挙動を模

気泡の変形や連結が効果的に発生して空隙率が高くなしたドーム成長の力学的モデルを提唱し，火道壁面と火地球物理学的多項目観測から見た噴火過程133れている (Anderson and Segall, 2011)．
グアテマラの Santiaguito 火山では，隣接する山体から活動中の溶岩ドームを見下ろせるという利点を生かして，映像とその他の物理観測量を対比させる多項目の観測研究が行われている．Bluth and Rose (2004) は 2002 年
から 2004 年に行った繰り返し映像観測に基づいて，小規模噴火のうちおよそ半分の事例でドーム周縁に発達した円形の割れ目から物質放出が起こっているという重要な事実を見出した．この発見は，高粘性マグマが上昇する火道ではせん断応力が高い火道壁の近傍に気泡層が発達しているとする Jellinek and Bercovici (2011) のモデルの根拠の一つとなっている．Johnson et al. (2008) は映像解析から，小噴火に際してドームの中心から周縁部に向かってドームの隆起・拡大の変形が進行することを示し，
小噴火時に励起される低周波地震はドーム隆起の反作用である 109 N 程度の下向きシングルフォースで説明できるとした．さらに Johnson et al. (2009) は 2009 年 1 月に取得した広帯域地震計，空振計，ビデオ映像の同時記録
から，小噴火の 290 秒ほど前から火口の発光とジェット音の放射が増大し始め，引き続いて傾斜変動と思われる
信号が地震記録に表れることを示した．噴火の約 2 分前
からは，空振に 0.43 Hz の単色振動と地震記録に 0.43 Hzとその高調波からなる微動が記録された．小噴火とともにジェット音の放射は停止し，数 10 Hz から 70 秒まで
Fig. 8. Diagram of stick-slip dome growth model proposedby Iverson et al. (2006). Figure is taken from Iverson
et al. (2006). Reprinted permission from Macmillan
Publishers Ltd : [Nature] Iverson, R. M. et al., 2006.
Nature 444 : 439-443. Copyright 2006.

の幅広い周波数帯域の空振と地震動が励起されていた．
Johnson et al. (2014) では 2012 年 1 月に傾斜計を追加した観測を実施し，1 月 10 日から 16 日には数 10 分程度で繰り返す非常に周期的な傾斜変動が見られたこと，溶岩ドームの赤熱（強いガス放出を反映）が山体の収縮を示
す傾斜変動と同期していること，地表の下約 300 m で発道内マグマとの stick-slip で数時間の周期的活動が表現

生する VLP 地震が小噴火による音波放出よりも約 6 秒できることを示した．一方，Michaut et al. (2013) は同様

先行して励起されていること（ガスの上昇速度は 50 m/sの周期的活動について，火道内の揮発性物質に富んだマと見積もられる）などを報告し，Holland et al. (2011) がグマの 2 層流としての振る舞いを検討し，火道内に高空SO2 の紫外線画像観測から見出したガス放出の周期性と隙率と低空隙率の領域が交互に現れることで活動の周期

調和的であると述べている．

性が生み出されているとしている．ここまで述べたよう

これらの他，インドネシアの Merapi 火山，メキシコのに，溶岩ドームの生成機構については地震活動や地殻変

Colima 火山などでは映像の pixel offset 解析や熱映像解

動観測の観測事実に岩石摩擦実験などの成果を加えて，析から溶岩ドームの成長や変形，流下を詳細にとらえる

周期性に注目したいろいろな力学的モデルが提唱されて

研 究 が 報 告 さ れ て い る (Walter et al., 2013a, 2013b)．

きた．しかしながら，周期性を生み出す鍵となる物理過Soufrière Hills 火山では，傾斜変動に同期した地震群の検程についても諸説あるというのが現状であり，溶岩ドー

討 (Green and Neuberg, 2006)，長期にわたる火山構造性地

ム成長の多項目観測や室内実験，岩石組織観察などに基震の震源移動やメカニズム変化 (Roman et al., 2008)，地

づく更なる研究の発展が期待される．他にも，溶岩ドー

上レーダーによるドーム成長と崩壊の追跡 (Wadge et al.,

ム噴火の長期的なマグマ噴出率の時間変化に着目し，地2008)，ひ ず み 記 録 を 用 い た マ グ マ 供 給 系 の 検 討

殻変動データとの対比を意識した力学的モデルも提唱さ(Hautmann et al., 2013) など，多様な観測研究が進められ

れ，2004 年以降の St. Helens 火山の観測データに適用さ

ている．

134
3-2

中道治久・青山
マグマ・水蒸気噴火および水蒸気噴火

マグマ・水蒸気噴火や水蒸気噴火（爆発）の発生過程

裕が，地震観測自体が火山目的ではなくリージョナルネッ
トワークのものであったケースが多い．さらに言えば，には，高温のマグマや火山ガスと地下の浅い部分に存在

この論文がまとめられた頃の火山観測では火口近接観測する地下水などの低温流体との相互作用が大きく関与しは希であったと察する．

て い る と 考 え ら れ て い る（例 え ば，Germanovich andまず，マグマ・水蒸気噴火および水蒸気噴火に伴った

Lowell, 1995）．マグマとの接触や間接的な熱の供給によ

地 震 観 測 に よ る 研 究 に つ い て 紹 介 す る．Maeda et al.

り温められた地下水は高温・高圧状態となり，何らかの(2014) は，フィリピンの Mayon 火山にて 2013 年 5 月 7

原因で蒸発を始めると加速的に膨張して爆発にいたる．

日に発生した水蒸気爆発に伴う地震の波形インバージョ

このように外来水が関与して発生する水蒸気噴火に類似

ン解析を行い，震源は火口から下 240 m で，シル状クラッした現象は，工学的な分野でも「蒸気爆発」として知ら

クの開閉と下向きのシングルフォースの組み合わせを最れ，高温高沸点液体と低温低沸点液体の相互作用 (FCI)

適なメカニズムとして推定した．また，推定された震源モデルや平衡状態にある水と水蒸気が高速度な爆発現象

時間関数は，クラックは最初に膨張しそして収縮であり，を引き起こす平衡破綻型爆発モデルなど，いくつかのモ

シングルフォースはインパルス的である．クラックの体デルが想定されている（谷口，1996）．実際の火山を想定

積変化量は 6.9×104 m3 である．シル状クラックは帯水した水蒸気噴火のモデルは極めて少ないが，その一つに層内に形成され，クラック内で水が急激に気化し，そしGermanovich and Lowell (1995) による理論的考察がある．

て噴出することで収縮し，噴出の反作用として下向きシ

著者らは地下のある深さに存在する水-水蒸気の境界層

ングルフォースとなったと解釈した．Jolly et al. (2010)にダイクが貫入し，ダイクからの熱供給によって上部のは，ニュージーランドの Ruapehu 火山における広帯域地

水が過熱されるという状況を想定した．上部の母岩内に震観測から 2007 年 9 月 25 日の水蒸気噴火（噴煙高度 4,存在する水はダイクからの熱によって対流し，母岩内部

600 m）を捉えた．噴火の 10 分前から小振幅の火山構造にある流体で満たされた既存のクラック内の水を加熱す性 (VT) 地震が発生し，そして連続微動に遷移して噴火

る．加熱によって水が膨張することでクラックが破壊に至った．超長周期 (VLP) は噴火の 10 分前と噴火の直し，その破壊が複数のクラックに伝搬した結果，最終的前，そして噴火時に見られ，波形インバージョンから噴に破壊が火口に到達して噴火にいたるというアイデアで火に先行する VLP の震源は火口直下の深さ 3-7 km でメある．このモデルからは，水蒸気爆発が起こりうる環境

カニズムはシル状クラック，そして噴火時の VLP は震としては，地下水層があること，周囲の母岩に流体で満源 が 火 口 直 下 深 さ 1. 5 km で メ カ ニ ズ ム は シ ン グ ル

たされたクラックがあること，そしてそこにダイクが貫フォースと推定された．シングルフォースで噴火の際の入することが示唆される．

火砕物の噴出方向とほぼ逆向きで，噴出による反作用力

水蒸気噴火（爆発）の発生過程についての地球物理学と解釈した．Mayon と Ruapehu のケースを比較すると，的研究の進展は 2 つのアプローチでなされている．1 つ観測された VLP 地震のメカニズムはシル状クラックとは，浜口・植木 (2012) や浜口・他 (2014) の過去の大規模噴出の反作用を表すシングルフォースと共通である．一

水蒸気噴火について文献調査などから地球物理学的情報

方，深さは Mayon が火口下 0.2 km で，Ruapehu が 3-7を抽出するアプローチで，本稿ではこれ以上は述べない．

km と大きな開きがある．

もう 1 つは，本稿において対象とする近年の火口近接のKato et al. (2015) は，御嶽山 2014 年時の地震波形に複数項目観測に基づくアプローチであるが，研究事例はMatched Filter 法 (Gibbons and Ringdal, 2006) を適用して，マグマ噴火に比べて圧倒的に少なく，観測項目は地震と噴火 10 分前に火山構造性 (VT) 地震が火口直下の海抜

地殻変動および一部の全磁力や熱映像の連続観測に限らゼロ付近に発生し，そして噴火直前には海抜上 1 km まれる．また，本稿では噴火現象そのものに限定せず，水で上昇するとともに，北北東-南南西方向に震源が拡大

蒸気噴火に前駆した噴火の準備過程に相当する火山活動したことを示した．この震源の上昇と拡大とともに地震の観測研究事例も紹介する．噴火に限定するとあまりにの振幅が増大し，ピークにて噴火が発生した (Fig. 9)．

も事例が限られるうえに，水蒸気噴火の準備過程についそして，噴火後も VT 地震は海抜上 0.5〜1 km にて発生ての研究も多くないためである．

し続けた．また，この地震の振幅増大と震源拡大と同時

水蒸気噴火の前兆現象についてまとめた有名な論文と刻に山頂から 3 km の地点の傾斜計にて噴火 10 分前からして，Barberi et al. (1992) が挙げられる．115 の噴火事

噴火直前までに 3 μrad の山頂上がりの変化が観測され例のうち，71 例で前兆現象があったと報告されている．

た．そして，噴火後山頂下がりに転じたが，噴火に伴う前兆現象として最多なのは地震観測によるものである

山頂下がりの変化量は噴火直前の山頂上がりの変化量の地球物理学的多項目観測から見た噴火過程

135

約半分であった．御嶽山と Ruapehu 火山を比較すると，水蒸気噴火に至るまでに VT 地震が 10 分前から群発し始め，そして，連続微動になり噴火直前に振幅が大きくなる点が共通である．このプロセスは地表での Outburst（噴火）に至るまでの地下での水蒸気爆発を反映していると思われる．
次に，マグマ・水蒸気噴火および水蒸気噴火に先行した現象について，地震や地殻変動連続観測による研究を紹介する．御嶽山は 2007 年 3 月に極小規模な噴火が発生したが，2006 年 12 月から発生した山頂直下の群発地
震活動とそれに伴う広域の地殻変動が観測されていた．
そして，Nakamichi et al. (2009) は 2007 年 1 月 25 日に発生した VLP 地震の波形インバージョン解析を行った．
その結果，山頂直下の海抜上の 0.6 km にある傾斜したクラックが最適なメカニズムで，クラックの体積変化量は8.8×103 m3 と推定した．帯水層内での水蒸気爆発によるクラックの急激な膨張と収縮と解釈した．Mayon の水蒸気噴火に伴う VLP のクラックの震源時間関数も膨張と収縮であることから，水蒸気爆発（噴火および山体
直下帯水層内）の共通点である可能性があるので，今後事例を増やして確かめることが望まれる．また，この膨張̶収縮のパターンはブルカノ式噴火に伴う VLP の震源時間関数が膨張̶収縮̶膨張 (Dawson et al. 2011) であることとは違うため，噴火タイプ毎の系統的な比較が必要であろう．
雌阿寒岳の 2006 年 3 月噴火に前駆して 2 つの群発地
震活動があり，噴火の 1ヶ月前に発生した最初の方の群
発地震活動において発生した火山性微動に傾斜変動が見られた (Aoyama and Oshima, 2008)．そして，2008 年噴火
では噴火の約 1ヶ月半前の 9 月末から群発地震活動が認められ，2006 年の微動と同様の傾斜変動が観測された(Aoyama and Oshima, 2015)．雌阿寒岳の 2006 年と 2008
年の火山性微動と傾斜変動の解析結果については後述する．ともに明瞭に捉えられた前駆現象として水蒸気噴火
発生場の理解を進めるうえで重要な観測結果である．
Fig. 9. An episode of tremor that contained precursory andco-eruptive stages of the 2014 Ontake phreatic eruption.
The tremor is associated with a significant tilt changethat shows inflation at the precursory stage and deflation at the co-eruptive stage. Locations of detected
seismic events during the tremor are projected on (a)horizontal and (b) vertical planes. Circles are scaled tomagnitude. (c) Bandpass-filtered waveform between 4
and 12 Hz (black line) and envelope between 1 and 4
Hz (red line). (d) Observed tiltmeter records. NS and
EW components denote northward and eastward
ground-up components, respectively. Figure is takenfrom Kato et al. (2015).

4．2000 年以降の国内の観測事例とその成果
ここでは，2000 年以降からの国内で発生した噴火についての研究を主体に前駆現象や構造などの周辺の研究を含めて記載する．
・雌阿寒岳
北海道東部に位置する雌阿寒岳では，2006 年 3 月と2008 年 11 月に小規模な水蒸気噴火が発生した．噴火口
はいずれの噴火もポンマチネシリ火口域であるが，2006
年の噴火ではポンマチネシリ赤沼火口西端および北西外側にピットが開いたのに対し，2008 年の噴火ではポンマ136

中道治久・青山裕

チネシリの南東側に位置する 96-1 火口が使われた．噴れたほか（吉田・他，2002），Yamamoto et al. (2002) は約

出物量は，2006 年噴火は約 9,000 トン，2008 年噴火は約12 秒周期の VLP の活動を見出し，その振幅の時間変化

12,000 トンと見積もられている（廣瀬・他，2007 ; 石丸・が地盤変動の時間変化率と良く一致することを示した．

他，2009）．いずれの噴火でも，先行現象として 1-2ヶ月

マグマの上昇と貫入に伴うと考えられる局所的な地盤変程度の地震活動の活発化が認められるとともに，傾斜変動は 3 月 29 日には始まっており，噴火に向けて西方へ

動を含む火山性微動の発生が観測された．Aoyama and

変動源が移動していった（岡崎・他，2002）．有珠山西麓

Oshima (2008) は 2006 年 2 月 19 日の微動の広帯域地震での隆起変動は 8 月上旬にはほぼ停止し，中旬以降は沈計記録に山頂方向下がりの傾斜変動による成分が含まれ降変動に転じた．マグマ上昇に由来する地殻ひずみ応答ることを示し，1 点のみの観測であったため球状力源のと考えられる井戸水位の変化も噴火前からとらえられて減圧と解釈した．2008 年噴火では噴火の約 1ヶ月半前のいる (Shibata and Akita, 2001 ; Matsumoto et al., 2002)．パ

9 月末から群発地震活動が認められ，9 月 29 日には継続

ルス状の空振の発生は，N 火口群と K 火口群の活動度を時間が約 4 分間の火山性微動が発生した．噴火 2 日前の

昼夜問わず把握する上で非常に役立った（山里・他，

11 月 16 日に発生した 2 回目の火山性微動では 2006 年

2002）．八幡 (2002) は噴出物の解析から水蒸気爆発によの 微 動 と 同 様 の 傾 斜 変 動 が 認 め ら れ た．Aoyama andる破砕深度を推定しており，4 月上旬までは深度 1,000 m

Oshima (2015) は 3 点の広帯域地震計に含まれる傾斜成よりも深い場所で，その後徐々に浅くなり 5 月以降は深分について，ポンマチネシリ直下の北西-南東方向に走度 400 m よりも浅い場所で爆発が起こっていたことを示向を持つダイクの開口で傾斜変動パターンが説明できる

した．隆起に伴う地表変形の詳細な踏査から，三浦・新こと，ダイク開口は石丸・他 (2009) にある阿寒湖畔の観井田 (2002) は地表から 100 m 程度下のごく浅い部分ま測井水位上昇や山頂域の斜距離変化とも整合的であるこ

でマグマが上昇していたと推定し，マグマの貫入過程をとを示した．そして，雌阿寒岳の火口と温泉分布を考慮論じた．しかしながら，隆起域で北海道大学が行った深して開口クラックの走向方向に構造的弱線があると解釈

度 500 m 掘削調査では 2000 年噴火に寄与したと考えら

し，水蒸気噴火の前駆的変動ではこの構造的弱線が活動れるマグマに到達せず，隆起変動を生じたマグマの位置すると考えた．Ogiso and Yomogida (2012) は 2008 年噴や状態については今も掴めていない．有珠山の 2000 年

火に先行した 2 つの火山性微動と 11 月 18 日の噴火微動の噴火活動に関連する研究の多くは火山第 47 巻第 2-4について地震動の高周波振幅を利用した発生源推定法号にまとめられている．

(Battaglia and Aki, 2003 ; Kumagai et al., 2010) を適用し・三宅島て，9 月の微動と噴火微動では発生位置が異なること，

2000 年 6 月に始まった噴火活動では，山頂噴火が発生

11 月 16 日の傾斜変動を伴う微動はその二つの発生源をするとともに約 2,500 年前にできた八丁平カルデラとほ

つ な ぐ よ う な 領 域 で 発 生 し た こ と を 示 し た．ま た，ぼ同じ位置に，カルデラ形成された（津久井・他，2001）．

Takahashi et al. (2012) は 2008 年 1 月に発生した群発地

個々の噴火というよりも，カルデラ形成過程について議震に際して阿寒湖畔の観測井で水位低下が見られたこと論されてきた．Geshi et al. (2002) は写真判読からカルデから，雌阿寒岳の深部 (>10 km) で収縮変動があったの

ラ形状の変化を追跡し，地球物理学的観測結果と対比しではないかと推測している．

て考察することでカルデラ形成過程を明らかにした．

・有珠山

2000 年 7 月 8 日に突然火口周辺が崩壊して，その後カル

2000 年 3 月に 18 年ぶりの噴火を開始した有珠山でデラ底が 1ヶ月に渡って継続して沈降を続けた．カルデ

は，過去の噴火事例と同様に激しい前兆地震活動と長期ラの成長は 107 m3/day で進行し，最終的には直径 1.6 km，にわたる地盤変動が認められ，西麓（N 火口群）と北西

深さ 450 m の体積 6×108 m3 に達した．2000 年 7 月 8 日

麓（K 火口群）に開口した火口ではパルス状の空振を伴に始まった 40 日間のカルデラ形成時期には，VLP 地震

う爆発が頻発した（宇井・他，2002）．前兆地震は 3 月 27

パルスが多数観測された．Kumagai et al. (2001) は VLP

日の夕刻以降に始まって 3 月 30 日に極大を迎え，地震地震パルスの波形インバージョン解析結果から，マグマが減りつつある 31 日の正午過ぎに噴火が開始した．

だまりにピストン状の固結マグマが落ちることで VLP

Onizawa et al. (2007) は噴火翌年に実施した人工地震探

地震の発生を説明した．菊池・他 (2001) も VLP 地震パ

査から 3 次元速度構造を推定して震源再決定を行い，山ルスについて波形インバージョン解析を行い，ソースは

頂火口直下で始まった前兆地震活動は海面下 3 km 付近

等方（膨張）成分を含むモーメントテンソルにて表され，

で等速度面に沿うように水平方向に拡大したことを示し

パルス群の膨張量の積算は陥没総量の約半分にあたるこ

た．VT タイプの地震の他にも低周波地震の発生が見らとを示した．Fujita et al. (2002) は VLP 地震パルスに対地球物理学的多項目観測から見た噴火過程

137

応した傾斜ステップが観測されていることを明らかにた．山本・他 (2005) はマグニチュードが 1 に満たない

し，傾斜と地震の記録からパルスをシル状マグマ溜まりにもかかわらず卓越周期が数秒から 10 秒程度と長い特の開口にて説明した．火道からドレインバックしたマグ

異な長周期地震が多数発生していることを見出し，振動

マがシル状マグマ溜まりに入ると解釈した．そして，軌跡から火口直下のごく浅い領域に震源を推定した．そFujita et al. (2004) は VLP 地震パルスに伴う傾斜ステッの後の観測で長周期地震は噴火活動終了後も継続的に発プの発生モデルとして，火道とつながるシル状マグマ溜

生していることが明らかになり，Maeda and Takeo (2011)

まりにおける二相流モデルを提案し，周期的な傾斜スと Maeda et al. (2011) は 2008 年に観測された長周期地震

テップの発生を説明した．Kobayashi et al. (2009) はカルについて，その広帯域地震波形が地震計の並進運動と傾デラ形成開始前の 2000 年 7 月 8 日噴火以前の VLP 地震

斜運動の和で表されるとし，波形インバージョン解析かの波形インバージョン解析を行った．そして，深さが異ら北側火口縁下 300 m 程度に位置するダイクの開閉運動

なるモーメントテンソルとシングルフォースの組み合わで説明できることを示した．Kazahaya et al. (2011) は高せが最適解であることを示し，カルデラ形成前の火道か

時間分解能の SO2 観測を実施し，長周期地震の直後にらマグマのドレインバックを反映した地震であると解釈

SO2 放出率が増大すること，長周期地震の地震モーメン

した．Kobayashi et al. (2005) は，三宅島 2000 年 7 月 13

トと SO2 放出量に強い正の相関があることを示した．

日の噴火の 1 日前から 8 月 18 日の噴火に掛けて発生しこのことは浅間山の長周期地震が火山ガスの放出に関連た 1-2 秒の時間幅の長周期 (LP) 地震パルスを見いだしして発生していることを意味しており，長周期地震と表た．LP 地震パルスは火口直下 1.4 km にて等方（膨張）

面活動や他の観測量との関係が明瞭になった貴重な研究の震源メカニズムで発生し，その際に音波が火道を伝わ例と言えよう．この他にも，ブルカノ式噴火の発生機構

り，同じパルス幅の空振を発生させたことを明らかにしの研究 (Ohminato et al., 2006)，地震波速度構造や比抵抗

た．

構造の探査 (Aizawa et al., 2008 ; Aoki et al., 2009)，ダイク

・浅間山

貫 入 に 伴 う 異 方 性 の 時 間 変 化 (Savage et al., 2010)，

浅間山では 2004 年 9 月に 1973 年以来の本格的なマグ

ミュー粒子を用いた火口近傍ごく浅部の密度構造推定

マ噴火が発生し，その後も 2008 年から 2009 年にかけて(Tanaka et al., 2010) など，多方面からの地球物理学的研など，ときおり小規模な噴火を繰り返している．中長期究が行われている．浅間山の 2004 年の噴火活動に関連的な前兆としては，2000 年頃より火口の熱活動の活発化する研究の多くは火山第 50 巻第 5 号から第 51 巻第 1 号

や 2003 年の小噴火が認められていた（中田・他，2005）．

にまとめられている．

2004 年の 9 月 1 日，9 月 23 日，11 月 14 日に顕著な爆発

・御嶽山

的噴火があり，降灰調査から総噴出物量は 16 万トン程

御嶽山では，1979 年 10 月，1991 年 5 月，2007 年 3 月度と見積もられた（吉本・他，2005）．およそ 30 年ぶりに水蒸気噴火があった．これらの噴火の前に山頂直下のとなるマグマ噴火が発生したことで，浅間山のマグマ供

群発地震活動があり，例えば 1991 年噴火では噴火 20 日

給系や火口浅部活動について地球物理学的観測から多く

前，2007 年噴火では噴火の 3ヶ月前から群発地震活動がの新しい知見が得られている．青木・他 (2005) は活動あった（気象庁，2013）．その後，GNSS にて明瞭な変化

期前後の GNSS データから，山体西側の深さ 3 km 付近が見られたのは 2007 年が初めてで，群発地震開始からにほぼ東西に延びる貫入ダイクを推定し，体積変化量を1ヶ月後に山体膨張を認識できた（気象庁，2013）．その

5×106〜1×107 m3 と推定した．村上 (2005b) は 2004 年

後，山体膨張は停止したが，収縮に転じることはなかっ以前の期間においても，山体西側にダイクの貫入が見らた（気象庁，2013）．Nakamichi et al. (2009) は 3-2 節にてれると指摘した．一方，Takeo et al. (2006) は，Double-

述べた通り，1 月 25 日の超長周期 (VLP) イベントのメ

Difference 法 (Waldhauser and Ellsworth, 2000) を用いた火カニズムと震源を推定し，2006 年末から 1 月までの山頂

山性地震の震源分布解析から，山頂火口直下から海水面直下の地震と山体膨張から推定されるマグマ貫入により

下 1 km 程度まで延びるほぼ鉛直の分布と，そこから 3

帯水層が温められたために起こった山体内の水蒸気爆発

km ほど西側へ延びるほぼ水平の分布を明らかにした．

と解釈した．その後，2014 年 9 月 27 日に噴火があった

この西側へ延びるほぼ水平の震源は青木・他 (2005) でが，噴火の 16 日前から山頂直下に顕著な地震活動が見求められている貫入ダイクのほぼ上端に位置することかられた．ただし，噴火時点までに GNSS には顕著な収縮

ら，Takeo et al. (2006) は火山性地震の震源分布がマグマの変化は見られていない．Kato et al. (2015) は 3-2 節にの上昇経路を反映していると述べている．浅間山では詳しく述べた通り，この地震活動が始まった 2014 年 82003 年から火口近傍に広帯域地震計の整備が進められ

月末から噴火直後の 9 月末までを対象に連続地震波形記

138

中道治久・青山裕

録に Matched Filter 法を適用することで多数の小地震をに達した．その後，ブルカノ式噴火を 3 月 1 日まで繰り

検出し，噴火直前の震源域拡大を見いだした．

返した．観測研究の成果は Earth Planets Space の特集号

・阿蘇山

“Shinmoe-dake Eruption in 2011 ─ An Example of Less-

阿蘇山は，火山活動が比較的静穏な時期には火口内にFrequent Magmatic Activity ─” でまとめられているが，湯だまりを持ち，活動度の変化に合わせて湯だまりの大その中で噴火過程を扱っているものを紹介する．2011

きさも変化することが知られている．Terada et al. (2008)

年噴火活動の概要については，特集号の Nakada et al.

は 2007 年 8 月の地震増加や火口壁の赤熱現象といった(2013) と Kato and Yamasato (2013) を参照していただき

活動度増大時期を含む約 1 年半にわたる湯だまりの連続

たい．Okubo et al. (2013) は新燃岳から北西 6 km にある観測から，
熱活動と湯だまりの時間変化を議論してきた．

霧島火山観測所に絶対重力計を設置して，ブルカノ式噴

Terada et al. (2008) では可視カメラによる湯だまり表面

火の前後の重力変化を捉えた．ブルカノ式噴火の 7 時間の標高観測と詳細な地表面デジタルマップを組み合わせ

前から 2 時間前において重力値が 1〜2 μgal/hour にて低ることで湯だまりの体積を精度良く評価するとともに，下し，噴火の 2 時間前から直前に重力値が回復した．重

熱映像から推定される湯面温度と実測値との差を考慮し力変化を観測所直下の深さ 9 km の球状圧力源の増圧とて放熱率の推定を行った．2006 年から 2007 年の放熱率減圧そして火口直下の開口割れ目の開閉で説明した．溶は平均して 220 MW であり，2007 年 8 月の活動増大時に岩ドーム形成の最終段階にてハーモニック微動とハーモは湖面温度の上昇に伴い一時的に 280 MW まで上昇した

ニック空振が観測された (Ichihara et al., 2013)．Ichiharaと報告している．その後，阿蘇山では 2014 年 11 月から

et al. (2013) はハーモニック微動のみの観測と微動と空およそ 20 年ぶりとなる本格的な噴火活動が始まった（横振同時観測のケースを明らかにし，室内実験結果の考察

尾・宮縁，2015）．2015 年 4 月時点で噴火が継続していから微動のみと同時観測の出現は火口内の溶岩が徐々にるのは第一火口底の中央部で，第一火口南壁における熱固化していく過程でのマグマ粘性の上昇変化と関係があ

活動や第二火口から第四火口には異常は認められていなることを指摘した．Matsumoto et al. (2013) は 1 月 29 日

い．今回の活動も，安定した湯だまり形成期から湯だままでに 25 台の短周期地震計を新燃岳から西 3 km の地点

りの縮小・消失期を経てストロンボリ式噴火に至っておに構築しアレイ地震観測を実施した．そして，ハーモ

り，過去の阿蘇山の活動サイクルと同様の経過を辿ってニック微動のアレイ解析を行い，微動波動の到来方向のいるようである．2015 年 2 月 2 日までの約 70 日間での変化から，マグマ溜まりからマグマが火口方向に移動す

噴出物量は約 150 万トンと見積もられ，火口内に溜まっる 際 に 微 動 が 発 生 す る と 解 釈 し た．Nakamichi et al.

ている量とあわせても 200 万トン程度と考えられている(2013) は新燃岳から東北東 5 km の地点にてアレイ地震（横尾・宮縁，2015）．阿蘇山の前回の本格的噴火は 1995

観測を行い，2011 年 2 月から同年 9 月までの噴火活動に年頃までとされているが，多項目観測の観点から見た

おいて 5-20 Hz 帯が卓越する微動を見いだし，新燃岳の1995 年以前と現在との大きな違いは，GNSS 観測網が展北側の深さ-1 km から 0.5 km にて発生しており，新燃岳

開されるようになったことと VLP 地震が発見されたこ北側にある熱水系にて発生していると解釈した．

とであろう．特に VLP 地震の研究からは，浅部の火道・桜島

システムを構成するクラックの具体的な位置や形状が推桜島は 1955 年から南岳においてブルカノ式噴火を繰

定されている (Kaneshima et al., 1996 ; Yamamoto et al.,

り返している．1972 年から増加し，1970 年代後半と1999)．湯だまりの生成から消滅，マグマ噴火へといた1980 年代前半が最盛期で噴火回数は年間 200 回を超える熱活動の変化は，地下深部からの物質供給と深く関る年が 7 年あった．その後は，南岳のブルカノ式噴火のわっていると考えられ，VLP の規模や周期などの時間的活動は徐々に低下しつつも，1991 年に年間 200 回を超えな変化として反映される可能性が高い．昨年からの本格るなど，依然として活発であったが，2000 年代に入ると的な噴火活動を受け，多項目観測による浅部の火道シス頻度は低下し，2003 年から 2007 年は年間 20 回に満たなテムに関する研究の一層の発展が期待される．

くなった．しかし，2006 年に昭和火口にて 58 年ぶりに・新燃岳噴火があり，2008 年からブルカノ式噴火が発生するよう新燃岳では，2008 年 8 月と 2010 年 3 月〜7 月に水蒸になった．ブルカノ式噴火の年間頻度は増え，2009 年は気噴火があった．その後，2011 年 1 月 19 日にごく小規

500 回，2010 年と 2011 年は年間 1,000 回，2012 年は 900

模の水蒸気噴火ののち，1 月 26 日に準プリニー式噴火が回，2013 年は 800 回を超えた．2014 年は 450 回と低下起こり，1 月 27 日まで継続した．その後，火口内に溶岩したが，2015 年は 9 月時点で 700 回を超えた．このようが噴出し，2 月 1 日まで溶岩ドームが成長し直径 600 mに桜島ではブルカノ式噴火が高頻度で発生してきている

地球物理学的多項目観測から見た噴火過程

139

ので，
ブルカノ式噴火過程に関する研究が多くなされた．

において頻繁に爆発的噴火をしていた．1995 年から

詳しくは，井口 (2005) がレビューしているので参照さ2000 年 11 月までは噴火活動は比較的静穏であったが，れたい．ここでは，井口 (2005) 以降の研究について述2000 年 12 月に新たな火口を形成して噴火活動が始まっ

べる．桜島の観測の特徴は坑道における地殻変動連続観

た．2001 年が最も噴火活動が活発であったが，その後低測である．観測坑道は北海道，東北，九州の火山や地震

下し，2011 年 4 月から 2013 年 7 月まで噴火は 15 回発生予知研究のために日本各地にあるが，ブルカノ式噴火をした．しかし，2013 年 8 月以降は再び噴火活動が活発な

多数かつ長期間に観測しているのは世界に例がない．昭り，2013 年 12 月は 213 回噴火した．Yokoo and Iguchi

和火口噴火について多数の噴火について解析した事例と(2010) は，映像・空振・地震の解析から爆発的噴火の初して，3-1-2 節で述べた Iguchi et al. (2013) を参照してい期過程を明らかにした，そして空振に見られる爆発相のただきたい．また，桜島のブルカノ式噴火については可先行相は，爆発の 0.7 秒前の火口底の盛り上がりに対応

視・熱映像と空振の観測と解析が精力的になされた．

することを明らかにした．Nishimura et al. (2013) は，火Yokoo and Ishihara (2007) は，1980 年代の噴火の可視映

口から 400 m の地点における地震と傾斜の観測から，爆像解析から圧力波の伝播速度を 342-574 km/s と推定し発的噴火に前駆する山体膨張を検出し，それと同時に起た．Morrissey et al. (2008) は，1998 年 5 月に行われた空

こる連続微動の停止について継続時間を調べた．そし振臨時観測のデータを用いてブルカノ式噴火に伴う地震て，山体膨張と微動停止が約 1-2 分継続し，傾斜振幅がと空振を解析した．Yokoo (2009) は，2008 年に熱赤外映

数十 nrad であることを明らかにした．また，微動振幅

像の連続観測を実施し，1 秒サンプリングで熱データを停止時間が長ければ長いほど，爆発地震の振幅と山体膨取得した．そして，噴火の最初の 2-5 秒間で噴煙の温度

張の傾斜量が大きいことを示した．火山性微動が停止しが上昇して，その後数分間にて徐々に温度が低下するこたのは火口が閉塞したため連続的ガス放出が停止し，そとを明らかにした．また，噴煙温度と噴煙放出速度に正れにより火道浅部が膨張したためと解釈した．

相関を見いだした．石峯・他 (2009) は，昭和火口のブル
カノ式噴火の噴煙映像に Particle Image Velocimetry 法を

5．多項目観測の意義と今後の課題

適用し，噴煙の噴出速度を求め，噴火開始 5 秒間の火口

5-1

噴火様式と多項目観測直上における最高速度の平均値 83 m/s を得た．Yokoo et

本稿では，最近の国内外の火山における噴火事例と関al. (2013) は，ひずみ・傾斜，地震，空振，可視・熱映像，

係する研究成果を紹介するとともに，代表的な噴火様式

SO2 放出率の観測データを併せて昭和火口のブルカノ式（タイプ）別に噴火過程の物理モデルと観測に基づく研

噴火の前駆過程を明らかにした．前駆過程は以下の通り

究事例を紹介してきた．地震，地殻変動，重力，地磁気，である．まず，火口底下 1 km にマグマが貫入すること

熱，火山ガス，空振などに加え，映像やレーダー，様々により山体が膨張し，噴火開始の数 10 分前に火口底がな地球観測衛星，さらには宇宙線を用いて多様な噴火過プラグ形成によって閉塞すると，火口直下にガスだまり

程の本質にせまるための努力が続けられている．我々はが形成される．そして，噴火数分前からプラグに亀裂がこれらの多様な手法を駆使して火山噴火を観測している形成され，ガスが放出し始め，ガスだまりが減圧し，急のであるが，既に 2 章で述べたようにそれぞれの観測項

激なマグマ発泡・破砕が起こり，火道内で爆発する．破目には，原理的および技術的な制約から，観測の周波数砕したマグマは火道内を上昇して，火口底を突き破って帯域や空間的なスケールが存在する．一方で噴火に伴う噴火が起こる．

現象の時空間スケールも極めて多様である．そのため，桜島は国際的に開かれた観測フィールドの一つであそれぞれの火山の噴火様式や活動特性，研究対象となる

り，例えば IAVCEI2013 総会の前後の期間において国際火山現象に応じて観測項目が選択され成果を上げてきて共同の臨時稠密空振観測が実施された (Fee et al., 2014)．

いる．

この観測データは公開されており，ブルカノ式噴火のプ

ブルカノ式噴火が卓越する火山では，地震，地殻変動，

ロセスならびに空振の伝播過程について研究が活発に行空振といった観測が長年にわたって重点的に行われていわれている（例えば，McKee et al., 2014 ; Yokoo et al.,る．これは，ブルカノ式噴火に伴って爆発地震や音波（衝2014 ; Kim et al., 2015）．研究者おのおのが得意とする観撃波）が発生し，また数時間単位の山体の膨張変動が噴測・調査研究の世界的な実践場であるが，IAVCEI2013

火に前駆して現れるといった理学的および経験的な知見

以降さらに観測・調査の頻度が高まっている．

に基づく．1 回のブルカノ式噴火は数十秒から長くても・諏訪之瀬島

数百秒程度の時間的に短いスケールの現象であるため，

諏訪之瀬島は，1989 年から 1994 年まで御岳山頂火口

噴火に伴って発生する短時間の変位や圧力変動といった

140

中道治久・青山裕

物理的な信号は，周辺の媒質中（地面や大気）を主に波い．VLP 発生位置の時間変化に関する報告事例が多く

動として伝搬する．それゆえ，ブルカノ式噴火の噴火過ないので，丁寧な観測と解析を続けることが謎の解明に程に関する情報を抽出するには，地震観測や空振観測がつながるであろう．国内でも昨年より始まった阿蘇山の有効なのである．近年の多項目観測から，ブルカノ式噴活動でストロンボリ式噴火が見られている．マグマ活動

火については噴火の前駆過程ならびに爆発過程の詳細がと長周期微動との関係などについて，新たな知見が得ら明らかになりつつある．前駆過程としては，地殻変動観れると期待される．

測から山体膨張と停滞および若干の収縮が複数の火山に一方で，プリニー式噴火は数時間単位で継続する大規て見られ，火山性微動の発生と停止との関係も明らかに模な噴火であり，噴火の物理モデルが一次元定常流で近なりつつある．爆発地震の波形インバージョンでは，共似されてきたことからも分かるように，ある噴火状態を通的なメカニズム解として鉛直方向のダイポールと鉛直

数時間単位で継続するというのが特徴である．数時間と下向きのシングルフォースが得られている．また，爆発いう周波数帯域は，地震観測や空振観測が得意とする時

地震のシングルフォース解析から力と継続時間のスケー

間スケールよりも長いために，地震学的研究だけではプリングが複数について行われ，スケーリング則の検討がリニー式噴火のごく一部の過程しか理解できない．プリ

進んでいる．その一方で，ブルカノ式噴火の初期過程に

ニー式噴火は本稿にて扱う噴火現象の中では最も低頻度

ついては，同じく地震波の解析から火口底より 1 km 以

で あ り，観 測 網 が 充 実 し て い る 欧 米 や 日 本 で は St.

上深い部分での増圧と大きな減圧が爆発地震の初期相をHelens 以降 30 年間以上に渡って発生していない．プリ

構成しているとする研究もある．地殻変動観測や空振観

ニー式噴火は規模が大きく頻度が少ないため，火山に張測から明らかになっている前駆過程と爆発地震はどのより付いた近接観測よりも，汎地球規模の観測網データやうな関係にあるのか，そもそも爆発地震はどの深さでど

衛星データによる現象解明の貢献が高い．しかし，St.

のように始まるのかといった問題は，ブルカノ式噴火のHelens 噴火についての金森博雄らの地震学的研究のあ噴火過程を理解する上で最も重要な課題であろう．このとは，観測から噴火時の内部プロセスそのものを解明す

ように，個々の火山や噴火における現象の観測からの前るための地震や地殻変動の研究はほとんど見られない．

駆過程と噴火過程の解明は進んできている．しかし，観プリニー式噴火の低頻度性は致し方ないが，地質調査や測から統一的なモデルを提案していくためには，多項目何らかの方法でプリニー式噴火のポテンシャルの高い火観測の複数火山における比較や，1 火山において統計的山を見いだして，10 年以上の単位での運用する定常的観処理が可能なほどの多数の噴火の解析が必要であろう．

測網を構築していくしか，プリニー式噴火の観測研究を

ストロンボリ式噴火も一つ一つの噴火の時間スケール

前進させる方法はない．また，引き続き汎地球規模の観が十数秒程度と短いため，地震や空振の観測が精力的に測網や衛星データの活用も必要である．

進められてきた．物理観測のデータと表面現象の観測か

ハワイ式噴火の溶岩噴泉についても同様で，現象の継ら，マグマ中を上昇してきた大気泡の破裂と火山ガスの続時間の長さゆえに，地震や空振の観測から噴火の物理放出が主となる噴火現象であることが明らかになり，多過程に関する情報を得ることは難しい．地震学的な研究

くの研究者に受け入れられる理論的な噴火モデルも提唱

や測地学的な研究は，噴火過程そのものを対象とするよされている．Stromboli 火山では可視映像観測に代わり，りも，噴火にいたるまでのマグマの移動経路の解明や，高速度カメラやレーダーなどを用いた高時間分解能の観

噴火場所の早期検知などに目標が置かれているようであ測で噴火をとらえる試みが行われ，時空間的に一層微細る．噴火過程の理解にとって不可欠な噴火モデルの評価

な表面現象が明らかになると期待される．また，近年のに関しては，火山ガスや噴出物の解析から重要な成果が火口近傍における地殻変動観測により，個々のストロンもたらされているというのが現状である．既存の 2 つのボリ式噴火にともなう微小な山体の膨張-収縮現象が見噴火モデルが予測する火道内の流れについて，観測から出された．火道内の気泡の上昇から期待される理論的などのようにして情報を得ることができるのか，実験的な地殻変動と観測された地殻変動データを比較する研究も研究などを含めて検討していくことが重要である．ま行われ，既存モデルの改良へとつながる新しい知見も得た，Etna 火山の観測事例や既存の物理モデルが示すようられてきている．その一方で，Stromboli 火山ではストに，ハワイ式の噴火活動はストロンボリ式噴火の延長上

ロンボリ式噴火に伴うと考えられてきた VLP の震源位にあると考えられる．これら 2 つの噴火様式の遷移がど

置が時間とともに変化することが明らかになってきた．

のように進行するのかを丁寧に観測することも，噴火モ

VLP の活動がストロンボリ式噴火とどのように関係しデルの検証に大きく役立つと考えられる．

ているのかは，火山学的にも地震学的にも非常に興味深

溶岩ドーム噴火はさらに時間スケールが長く，地殻変

地球物理学的多項目観測から見た噴火過程

141

動観測や写真測量などから溶岩噴出率に時間変化が見い測データであっても前兆現象とおぼしき変化が認められだされてきた．溶岩ドームを有するいくつかの火山に共れば，他火山における研究成果を参照しながら迅速に観通した特徴として，噴出率の変化に伴って特有の地震活

測点の展開を進め，万が一の噴火開始に備えるべきであ

動が認められることが報告され，最近では地震学的な見る．そのような努力の結果としてデータの蓄積が進み，地からドーム成長の力学モデルが提案されている．地殻

水蒸気噴火過程を解明する手がかりが得られる．マグマ

変動観測や高い時空間分解能でのドーム変形や体積変化

噴火の章で述べたように，近年の観測研究の傾向は多点の推定値などと対比することで，ドーム成長の力学モデ

データ解析によるメカニズム研究が主であった．同一のルの検証が進められていくであろう．

火山で頻繁に繰り返すとは限らない水蒸気噴火について

このようにマグマ噴火では，いずれの噴火様式においは，同じアプローチでの観測研究は容易ではない．それても，観測，理論もしくは実験に基づく噴火の物理モデ

ゆえ，水蒸気噴火の発生の可能性が高い火山を選定してルが提唱されており，火山学の様々な分野の研究者が，キャンペーン多項目多点観測を行うとともに，少数の観それらの評価や再検討，そして新たなモデルの提案と測点しかない場合でも必要な情報を抽出するための解析

いった活動を進めている．その中でも，物理的および化手法を磨く必要がある．水蒸気噴火はマグマ噴火と比べ学的な多項目観測は特に噴火モデルの評価や検証において一般的に小規模であると受け止められているがそうでて非常に重要な役割を果たす．理論的な考察や一部の観はない．例えば，水蒸気噴火の御嶽山 2014 年噴火の噴測項目の解析結果に基づいて提案された噴火モデルが，出量は数十万から 120 万トンと推定される一方（及川・その他の観測項目についても整合的であるかどうかを多他，2015 ; Maeno et al., 2016），マグマ噴火である桜島のくの噴火事例に関して検証することでモデルの改良が進2012 年 7 月 24 日南岳噴火は 28 万トンと推定されていみ，噴火のダイナミクスをより深く理解することにつなる（井口，2013a）．水蒸気噴火は水蒸気爆発ともいわれがってゆく．

るように爆発性が高く，警戒されている状況でのマグマ

その一方で，水蒸気噴火の観測研究がおかれている状

噴火よりも無警戒で発生する水蒸気噴火の方が被害の拡況は，以上に述べたマグマ噴火とは大きく異なる．FCI

大傾向がある．よって，防災面においても水蒸気噴火のモデルや平衡破綻型爆発モデルなどいくつかのモデルが研究は重要である．このためには，水蒸気噴火（爆発）

提示されているが，それらはマグマ噴火のモデルに比べの機会を逃さず迅速に観測やデータ解析と現地調査を実て概念的であり，実際の水蒸気噴火事例に適用して観測施することが，水蒸気噴火過程解明の鍵となる．

データと対比できる状況には至っていない．これはマグ

5-2

マなどの熱源と地下水などとの相互作用が，地下においどのような様式の火山噴火であっても，一旦噴火が始

多項目観測による噴出量と噴出率の推定ては極めて複雑であることに起因する．また Barberi et al.

まると地表や大気中に溶岩，火砕物，音波などが放出さ(1992) がまとめているように，これまでの観測研究事例

れ，周辺で社会生活を営む我々にとっての脅威となりう

では前兆現象の現れ方や前兆の有無についても火山毎にる．その噴火がどのような噴火様式や噴火規模，噴火強異なっていて，現状では極めて見通しが悪い．この第一度であるのかを迅速に知ることは，防災・減災や活動予の原因は，水蒸気噴火の観測研究事例が少ないことにあ測の観点からも極めて重要である．噴火規模についてる．一般的に火山が長期間の静穏期間を経て噴火する場

は，主に地質学的な降灰量の調査や測量等による溶岩流

合は，ほぼ必ずといって良いほど水蒸気噴火もしくはマ

出量の推定などから見積もられる，噴出物の総量が基本

グマ水蒸気噴火から始まる．現在頻繁に発生している桜的な指標となっている．現在広く用いられている火山爆島昭和火口の噴火も例外ではなく，2006 年の噴火再開時

発指数 (Volcanic Explosive Index : VEI) は噴出量の観点

は水蒸気噴火であった．水蒸気噴火は日本のどの火山もから噴火規模を表す指標の 1 つであり，104 m3 以下を 0，

静穏期から噴火活発期に移るに当たって必ずと言って良1012 m3 以上の噴火を 8 として噴火規模を 9 段階で表す

いほど起こる．さらにいえば，御嶽山 2014 年噴火のよ(Newhall and Self, 1982)．このように噴出物量にもとづ

うに水蒸気噴火だけで終息するケースが多い．水蒸気噴

いて噴火規模を表現することは，火山噴火が地表への物

火はあちこちの火山で発生しているにもかかわらず，同質の放出現象であることからして極めて自然である．ま

一の火山で頻繁に繰り返すことが少ないため，十分な観た，単位時間に放出される噴出物量（噴出率）を噴火強測が行われてきていなかったのである．これは観測や調度と考えれば，噴火強度は総噴出物量を噴火継続時間で査をする側のスタンスの問題で，噴火が活発でない火山

割ったものとして定義できる．

であっても常時監視対象火山であれば，最低 1 箇所にはFig. 10 に噴火タイプ別に推定されている 1 回の噴火

地震計・空振計，そして可視カメラがある．限られた観の噴出物量と噴出率をまとめ，参考のために小屋 口142

中道治久・青山裕

そして雲仙岳の活動は，平均して 1-10 m3/s 程度の噴出率を示す．これらに対し，ブルカノ式噴火である浅間山，
Augustine 山，準プリニー式噴火といわれる新燃岳 2011
年噴火の噴出率は 100-1,000 m3/s であり，ストロンボリ
式噴火や溶岩ドーム噴火よりも 2 桁ほど大きい．この噴出率の高さは，ブルカノ式噴火やプリニー式噴火が爆発的と表現されることと良く対応しているように思われる．桜島の噴出率がこれらに比べて若干低いのは，地殻変動データに基づいて噴火継続時間が推定され，他火山の研究事例よりも時間が長く見積もられているためと考えられる．また Etna 山の溶岩噴泉活動についても数時間の間に 106 m3 を超える噴出物量があったと推定されており，噴出率で見ると 100 m3/s 程度と大きい値をとる．
注目すべきは御嶽山の 2014 年水蒸気噴火の事例である．
噴火の継続時間がおよそ 10 分とされているのに対してFig. 10. Duration‒volume relationship of single eruption
for each eruption style. Rectangular areas with eruptionstyles indicate the relationship shown in Koyaguchi(1995). Diagonal broken lines show equivalent eruption rate. We compiled the data from the following
reports ; Hawaiian fountain (Bonaccorso et al., 2014
and Calvari et al., 2011 for Etna), Strombolian
eruption (Ripepe et al., 1993 for Stromboli), Vulcanianeruption (Ohminato et al., 2006 for Asama, Iguchi
2013b and Iguchi and Tameguri 2014 for Sakurajima,
Dawson et al., 2011 for Augustine), Plinian eruption(Smithsonian Institution, Global Volcanism Programfor Pinatubo, Nakada et al., 2014 for Kelud, Rybin etal., 2011 for Sarychev, Kozono et al., 2013 for
Shinmoe sub-Plinean), dome growth (Iverson et al.,2006 for St. Helens, Bull and Buurmann 2013 forRedoubt, Nakada et al., 1999 for Unzen 1991-1995),
lava effusion (Kozono et al., 2013 for Shinmoe 2011),
phreatic eruption (Maeno et al., 2016 and Oikawa etal., 2015 for Ontake 2014).

噴出物量は 25 万 m3 と大きい．噴出率に換算すると 100
m3/s を超える値となり，ブルカノ式噴火と同等程度に噴火強度が大きかった（爆発的な噴火）ことが示される．
個々の噴火事例をコンパイルして Fig. 10 のようにプロットしてみると，小屋口 (1995) の示す分布とは若干異なっているものの，やはり噴火様式に応じた噴出物量や時間スケールが見出されることが分かる．
以上に示した噴火事例ごとの噴出物量は，降灰分布調査などの地質学的手法によるものや，地震や地殻変動な
どの多項目観測データに基づいて調べられたものなどが混在している．これら 2 つの手法の大きな違いは，時間分解能（即時性）にある．地質学的手法は直接的に噴出物を調べるので推定精度が高いという特徴があるが，一般的には噴火の 1 つのステージが終了したタイミングで調査が行われるため，すぐには情報が得られない．一方
で，多項目観測データに基づく手法は，噴出物量を推定する上で何らかの仮定や経験則が必要となるため精度という面では劣るが，データが取得されるたびに値を更新
でき，時間変化を細かく追跡できるという長所がある．

(1995) に示されている噴火タイプ別の噴出量と噴火継続

また，人手や時間がかかる地質調査を経ないで済むため，

時間の関係図を重ねた．横軸に噴火継続時間，縦軸に噴噴出物量の推定事例を飛躍的に増やすことが可能にな出量をとっているので，Fig. 10 の左上ほど噴出率が高い

る．このような観点から，特に歴史の長い地震観測デー

爆発的な噴火で，右下ほど穏やかな噴火と見ることがで

タと噴出物量の関係を調べるという研究はかねてより行

きる．1 回の噴火という観点で見ると Stromboli 火山にわれてきた．最近ではその他の観測項目のデータも用いおけるストロンボリ式噴火がもっとも時間スケールが短て，噴火規模の指標となる噴出物量を観測データから推く，噴出量は数 m3 程度，噴出率にして 0.1-1 m3/s 程度と定する試みも進められている．

推定されている．図の右上には噴火継続時間が長く噴出

地震学的データに基づいて噴出量や噴出率を推定する量も大きい溶岩ドーム噴火がプロットされる．溶岩ドー

手 法 の 検 討 は，最 近 も 進 め ら れ て い る．McNutt andム噴火では長い活動期間中に噴出率が変動することが知Nishimura (2008) は全テフラ体積と火山性微動の継続時られているが，ここではドームの生成開始から終了まで間から推定した噴火継続時間から平均噴出率を推定してを 1 回の噴火とした．近年の Redoubt 山，St. Helens 山，

いる．この手法では，火山性微動からの噴火継続時間推地球物理学的多項目観測から見た噴火過程

Fig. 11. Magma discharge rate versus dense rock equivalent (DRE) volume for the major sub-Plinian (pink,
blue, and green squares) and lava extrusion (red square)phases of the 2011 Shinmoe-dake eruptions, as estimatedfrom geodetic and satellite observations. These data
are compared with compiled data for global examplesof 78 Plinian (triangles) and 55 lava dome (circles)
eruptions. Figure is taken from Kozono et al. (2013)．
Reprinted from Bulletin of Volcanology, Magmadischarge variations during the 2011 eruptions ofShinmoe-dake volcano, Japan, revealed by geodetic
and satellite observations, 75, 2013, 695, Kozono, T. etal., ©Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013, withpermission of Springer.

143

Fig. 12. Magma chamber deflation rate (or discharge rate)versus cloud height on January 26 and 27, 2011 during
the 2011 Shinmoe-dake eruption activity. A fitting linewith power-law scaling is also shown (0.255 power, R=0.878). The scale at the top of the figure represents
the discharge rate Q (kg s−1) calculated from the geodetic deflation rate D (m3 s−1) using the relationship Q=2.5 Dp, where p is the density of dense rock (set tobe 2,500 kg m−3). Figure is taken from Kozono et al.
(2014).
積変化量からマグマ噴出量を推定している．そして，世界中の溶岩ドーム噴火とプリニー噴火のコンパイルデー
タと合わせて噴出量と噴出率を図示した (Fig. 11) ところ，新燃岳のケースはプリニー式の中では低噴出率，低定 が 平 均噴 出 率 推定 の 精 度 を 大 き く左 右 する．井口

噴出量にあたり，溶岩ドーム噴火と見なせば高噴出率，(2013b) は桜島の月別火山灰放出量が爆発的噴火の噴火

中噴出量にあたることを示した．さらに，Kozono et al.

回数と火山性微動のパワー（二乗振幅積算値）の関数で(2014) は傾斜計記録から推定される変動源の体積減少率表されると提案し，放出量の評価を試みた．Prejean andの変化と気象レーダーのエコーで得られた噴煙柱高度のBrodsky (2011) は，地震波動から推定されるシングル

変化を比較し，両者は相関が高く，体積減少率から求め

フ ォ ー ス か ら 噴 出 率 を 推 定 す る 手 法 (Brodsky et al.,

た噴出率と噴煙柱高度は理論的に示されたべき乗則に合1999) を適用して，アラスカの Kasatochi 火山の 2008 年

うことを示した (Fig. 12)．このように，地殻変動から噴

プリニー式噴火と Augustine 火山の 2006 年ブルカノ式

出量と噴出率をモニターすることで，噴火タイプと噴出

噴火の噴煙柱高度を推定した．

物量を即時把握することも可能になりつつある．

Kozono et al. (2013) は霧島新燃岳の 2011 年噴火につこれらの研究は，地質調査などの手法によらなくても，

いて，傾斜計と衛星データから，マグマの圧縮率を考慮

物理観測データからも噴出物量や噴出率を見積もれるこ

した上でマグマ噴出量 (DRE Volume) と噴出率の関係をとを示している．さらに研究が進展すれば，噴火全体の明らかにした．ここで，溶岩ドーム形成時のマグマ噴出

噴出物量 ΔV を推定するだけではなく，時々刻々と変化

量 (DRE Volume) と地殻変動の変化量から推定される体する噴火についての情報，すなわち噴出量の時間変化積変化量との比率を使い，準プリニー式噴火について体ΔV (t) を把握できるようになることも期待される．これ

144

中道治久・青山裕

は，噴火の発展過程を定量的にとらえることでもあり，定される運動エネルギー， (3) 地下のマグマの密度差か

噴火過程の理解を深める上では極めて重要である．そのら生じる重力ポテンシャル（位置）エネルギー， (4) マ

一方で，そもそもどのくらいの噴出物量が噴出するポテ

グマが移動することによって生じる歪エネルギー， (5)ンシャルがあるのか，すなわち噴火に寄与できるマグマ

地震波エネルギー， (6) 空振エネルギー， (7) 火口形成の蓄積量 V 自体を評価するための研究も進めていかなに伴う破壊エネルギーである．

ければならない．地質調査や物理観測データから見積も7 種類のエネルギーと観測項目についての対応付けをられる噴出物量は，マグマの移動量（変化量 ΔV）でしかする．熱エネルギーは，例えば噴煙の熱赤外・可視映像

ない．具体的に言えば，現在広く行われている解析で観からモデルを用いて推定できる（例えば，Woods and

測データから把握できるのは噴火前と噴火後の「差」でKienle, 1994）．運動エネルギーは，地質調査などにて噴あって，絶対量を知ることができないのである．火山活

出物量を推定し，そして映像から平均噴出速度を抑えれ動の長期的な評価を目指し，潜在的に大規模な噴火の可ば推定できる．

能性を秘めた火山を見出すためには，現状の多項目観測

位置エネルギーはマグマと周囲の岩石との密度差を反や解析手法を一層進展させるとともに，新しいアプロー

映しているが，それを直接測定することは容易ではない．

チの観測手法の開発にも取り組んでいかなければならな

例えば，重力測定では地殻変動の影響や地下水の影響をい．

補正する必要がある (Kazama et al., 2015)．また，宇宙線

5-3

噴火様式の多様性と噴火エネルギー分配を用いた密度トモグラフィーでは，火山体よりも深部へ

火山噴火中における噴出量と噴出率は，噴火タイプ（爆の適用に課題がある．また，人工地震探査や地震波トモ

発的噴火もしくは非爆発的噴火）と強度を支配する重要グラフィーから速度構造を推定（筒井，2005 ; Lees, 2007）

なパラメータで，例えば爆発的噴火では噴煙柱高度は噴し，関係式と重力測定との同時推定から密度構造（例え出率と良い相関を持つ (Sparks et al., 1997 ; Mastin et al.,ば，Onizawa et al., 2002）にする必要がある．ただし，現2009 ; Kozono et al., 2014)．また，前節にて噴出量と噴火状では解析手法と観測点密度の制約から空間分解能が地の継続地震（特徴的時間）や噴出率との関係から噴火様震波の波長よりも十分に長いという制約があるため，例

式を対応させられること説明した．噴火様式や噴出量

えば火道をイメージングに成功した宇宙線を使った密度（噴火規模）や噴出率（噴火強度）を決める要因は何であ

トモグラフィー（例えば，Tanaka et al., 2007）程度の分解

ろうか？その鍵となるのは，噴火のエネルギーとパワー

能はない．

（単位時間当たりエネルギー）の大きさと，エネルギー分

歪エネルギー，地震波エネルギー，空振エネルギーは配である．特に，噴火の物理過程に迫るにはエネルギー

直接的に推定が可能である．歪は主として測地観測から分配の問題に着目する必要がある．例えば，地震エネル

測定され，GPS が火山観測に使われ始めて 20 年経過し，ギーは，地震断層形成の破壊エネルギー，断層滑りの摩その間に InSAR などの測地技術の発達に伴い火山にお擦で消費される熱エネルギー，地震波エネルギーに分けける地殻変動観測は充実してきている．また，直前の前られる (Kanamori and Brodsky, 2004 ; Kanamori and Rivera,

駆過程から噴火時と噴火後の地殻変動も最近 10 年で明2006)．例えば，2011 年東北地方太平洋地震について，らかにされてきた．ただし，火山の地殻変動をエネル

プレート運動により地球内部に蓄積された地震エネル

ギーの観点から整理した事例は筆者の知る限り無い．一

ギーと地震波エネルギーとして解放される割合が小さい

方，地震や空振は，波形から容易にエネルギーに変換す場合であることが明らかになり，地震発生過程の研究にることが出来るため，エネルギー推定が昔から行われて大きな進展をもたらした (Ide et al., 2011)．しかし，噴火きている．Johnson and Aster (2005) は，ストロンボリ式

プロセスにおいてエネルギー分配の問題に着目した観測

噴火において空振と地震の相対的エネルギー分配

研究は多くはない．

(Volcanic Acoustic-Seismic Ratio : VASR) を推定した．例

小屋口 (2008) は噴火現象の多様性を 1 つの尺度で記

えば，火口と火道が比較的オープンないわゆる開口型火

述することが困難であるため，エネルギー変換という観山の場合は，地震波励起は小さく，空振励起が大きいた点で整理をしている．そして，エネルギー変換の過程は，

め，VASR は大きくなる．このように，空振と地震のエ

噴出物の温度，速度，地殻変動，気圧変化の量などの観

ネルギー分配の関係を明らかにすることは，噴火過程解

測量を用いて推定することが出来ると指摘し，下記の 7

明に寄与するため，多くの火山にて推定されるであろう．

種のエネルギーを挙げている（小屋口，2008）．これらは，一方，火口形成に伴う破壊エネルギーの直接推定は困(1) 火砕物と火山ガスに含まれる熱量から推定される熱難である．Nishimura and Hamaguchi (1993) は，噴火を完エネルギー， (2) 火砕物や火山ガスの速度と質量から推全気体の等エントロピー流で近似し，爆発地震のシング

地球物理学的多項目観測から見た噴火過程

145

ルフォースの大きさと継続時間を，火口半径，噴出速度，したマグマよりもさらに 10 倍程度膨張するため，マグ

火道浅部内の圧力の関数で表し，爆発地震の運動エネル

マの熱エネルギーが効率よく力学的エネルギーに変換さギーは火口半径の 3 乗と火道内圧の積に比例することをれる（小屋口，2008）．多様な研究事例があるブルカノ式示した．ここで，火口の大きさは噴出量や噴出率に反映

噴火の過程と比較するためには水蒸気噴火の研究も進めされるが，火道内圧は爆発直前の蓋の強度を反映している必要があり，エネルギーの観点からは多項目の地球物

る．断層による地震エネルギーは断層長の 3 乗と応力降

理学的そして物質科学的な観測がますます重要となる．

下量の積に比例するが，岩石強度に大差が無いため応力
降下量は地震毎の差はあまりない．しかし，噴火の場合

謝は空振と噴火規模が比例せず，火口蓋の強度が有意に異東北大学の小園誠史氏と匿名査読者には，本稿の改善辞なるだろうから，噴出物からの蓋の強度の測定が必要でに有益なコメントをいただきました．本稿を執筆する機あろう．蓋の強度が大きい場合はその噴火は破壊エネル

会を与えてくださった 60 周年事業委員会の皆さま並び

ギーも空振エネルギーも大きくなるであろう．噴火毎のに編集担当を務めてくださった東京大学の青木陽介氏に蓋の強度推定には，噴出物の高時間分解能サンプリング

心より感謝申し上げます．

と分析 (Shimano et al., 2013) が必要であろう．以上のことから，エネルギー分配に着目した噴火過程研究においては，多項目の地球物理学的手法の同時観測とともに，物質科学的観測も地球物理観測と同程度の時間分解能が求められる．
小屋口 (2008) は，エネルギーの変換の仕方が噴火様式を特徴付け，マグマの熱量から推定される熱エネル
ギーが運動エネルギーや地震エネルギーよりも圧倒的に大きいことから，噴火現象を一種の熱機関として捉え，マグマの熱エネルギーから力学的エネルギーへの変換過程の観点から噴火様式の多様性を整理すると見通しが良くなることを指摘している．そして，Walker (1980) が提唱した爆発的噴火の尺度のうち 4 つの「規模 (magnitude) 」「強度 (intensity) 」「散布力 (dispersive power) 」「激
しさ (violence) 」は，「マグマの熱から変換された大気の力学的エネルギー」について，熱エネルギーの総量，熱エネルギーの供給率の上限，大気の力学的エネルギーとして変換された量，火道中で既に変換された力学的エネ
ルギー量に対応づけられると指摘した（小屋口，2008）．
本稿では，噴火をマグマ噴火と水蒸気噴火に分け，マ
グマ噴火を爆発性（つまり噴出率）に着目してプリニー，
ブルカノ，ストロンボリ，ハワイ，ドーム形成と分け，それぞれについて噴火過程についての観測研究を説明してきた．しかし，タイプ分けが困難で，読者と筆者では見解が異なるところもあるだろう．さらに言えば，マグマ噴火だろうが水蒸気噴火だろうが，火砕物が火口から外に出ることには変わりなく，その違いは本質物の含有率だけで，実際にブルカノ式噴火と水蒸気爆発では Fig.
10 に示した事例にもある通り噴出量と噴出率に大差ないだろう．ただし，マグマの関与の仕方が異なることから，両者の噴火過程は大きく異なる．水蒸気爆発では，
高温マグマの熱によって，マグマ自身の質量の約 1/3 の質量の水が蒸発する．マグマと水の混合物は，発泡膨張

引用文献
Aizawa, K., Ogawa, Y., Hashimoto, T., Koyama, T., Kanda,
W., Yamaya, Y., Mishina, M. and Kagiyama, T. (2008)
Shallow resistivity structure of Asama volcano and its
implications for magma ascent process in the 2004 eruption.
J. Volcanol. Geotherm. Res., 173, 165-177, doi : 10.1016/j.
jvolgeores.2008.01.016.
Alidibirov, M. and Dingwell, D. B. (1996) Magma fragmentation by rapid decompression. Nature, 380, 146-148.
Allard, P., Burton, M. and Muré，F. (2005) Spectroscopic
evidence for a lava fountain driven by previously accumulated magmatic gas. Nature, 433, 407-410, doi : 10.1038/
nature03246.
Anderson, K. and Segall, P. (2011) Physics-based odels ofground deformation and extrusion rate at effusively erupting
volcanoes. J. Geophys. Res., 116, B07204, doi : 10.1029/
2010JB007939.
Andronico, D. and Corsaro, R. A. (2011) Lava fountains
during the episodic eruption of South-East crater (Mt. Etna),
2000 : insights into magma-gas dynamics within theshallow volcano plumbing system. Bull. Volcanol., 73,1165-1178, doi : 10.1007/s00445-011-0467-y.
青木陽介 (2016) 火山地殻変動観測の進展．火山，61，inreview.
青木陽介・渡辺秀文・小山悦郎・及川 純・森田裕一 (2005)
2004-2005 年浅間山火山活動に伴う地殻変動．火山，
50，575-584．
Aoki, Y. et al. (2009) P-wave velocity structure beneath Asama
volcano, Japan, inferred from active source seismic experiment. J. Volcanol. Geotherm. Res., 187, 272-277, doi : 10.
1016/j.jvolgeores.2009.09.004.
青山 裕 (2008) CMG40 T 地震計の傾斜応答に関する簡易試験．火山，53，35-46.
Aoyama, H. and Oshima, H. (2008) Tilt change recorded bybroadband seismometer prior to small phreatic explosion of
Meakan-dake volcano, Hokkaido, Japan. Geophys. Res.
Lett., 35, L06307, doi : 10.1029/2007GL032988.
Aoyama, H. and Oshima, H. (2015) Precursory tilt changes ofsmall phreatic eruptions of Meakan-dake volcano, Hokkaido,

146

中道治久・青山

Japan, in November 2008. Earth Planets Space, 67, 119,doi : 10.1186/s40623-015-0289-9.
Barberi, F., Bertagnini, A., Landi, P. and Principe, C. (1992)
A review on phreatic eruptions and their precursors. J.
Volcanol. Geotherm. Res., 52, 231-246.
Barberi, F., Rosi, M. and Sodi, A. (1993) Volcanic hazard
assessment at Stromboli based on review of historical data.
Acta Vulcanologica, 3, 173-187.
Battaglia, J. and Aki, K. (2003) Location of seismic eventsand eruptive fissures on the Piton de la Fournaise volcano
using seismic amplitudes. J. Geophys. Res., 108, 2364, doi :10.1029/2002JB002193.
Battaglia, J., Aki, K. and Ferrazzini, V. (2005a) Location oftremor sources and estimation of lava output using tremor
source amplitudeon the Piton de la Fournaise volcano : 1.
Location of tremor sources. J. Volcanol. Geothrem. Res.,
147, 268-290, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2005.04.006.
Battaglia, J., Aki, K. and Staudacher, T. (2005b) Location oftremor sources and estimation of lava output using tremor
source amplitude on the Piton de la Fournaise volcano : 2.
Estimation of lava output. J. Volcanol. Geotherm. Res., 147,
291-308, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2005.04.006.
Bluth, G. J. S. and Rose, W. I. (2004) Observations of eruptive
activity at Santiaguito volcano, Guatemala. J. Volcanol.
Geotherm. Res., 136, 297-302, doi : 10.1016/j.jvolgeores.
2004.06.001.
Bonaccorso, A. and Calvari, S. (2013) Major effusive eruptions and recent lava fountains : Balance between expected
and erupted magma volumes at Etna volcano. Geophys. Res.
Lett., 40, 6069-6073, doi : 10.1002/2013GL058291.
Bonaccorso, A., Cannata, A., Corsaro, R. A., Di Grazia, G.,
Gambino, S., Greco, F., Miraglia, L. and Pistorio, A. (2011a) Multidisciplinary investigation on a lava fountain preceding a flank eruption : The 10 May 2008 Etna case.
Geochem. Geophy. Geosy., 12, Q07009, doi : 10.1029/2010
GC003480.
Bonaccorso, A., Bonforte, A., Calvari, S., Del Negro, C., Di
Grazia, G., Ganci, G., Neri, M., Vicari, A. and Boschi, E.
(2011b) The initial phases of the 2008-2009 Mount Etna
eruption : A multidisciplinary approach for hazard assessment. J. Geophys. Res., 116, B03203, doi : 10.1029/2010JB
007906.
Bonaccorso, A., Calvari, S., Currenti, G., Del Negro, C.,
Ganci, G., Linde, A., Napoli, R., Sacks, S. and Sicali, A.
(2013) From source to surface : dynamics of Etnaʼ s lava
fountains investigated by continuous strain, magnetic,
ground and satellite thermal data. Bull. Volcanol., 75, 690,
doi : 10.1007/s00445-013-0690-9.
Bonaccorso, A., Calvari, S., Linde, A. and Sacks, S. (2014)
Eruptive processes leading to the most explosive lava
fountain at Etna volcano : The 23 November 2013 episode.
Geophys. Res. Lett., 41, 4912-4919, doi : 10.1002/2014GL
060623.
Braun, T. and Ripepe, M. (1993) Interaction of seismic and air
waves recorded at Stromboli volcano. Geophys. Res. Lett.,
20, 65-68.
Brodsky, E., Kanamori, H. and Sturtevant, B. (1999) A裕seismically constrained mas discharge rate for the initiationof the May 18, 1980 Mount St. Helens eruption. J. Geophys.
Res., 104, 29387-29400.
Bull, K. F. and Buurman, H. (2013) An overview of the 2009
eruption of Redoubt volcano, Alaska. J. Volcanol. Geotherm.
Res., 259, 2-15, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2012.06.024.
Calvari, S. et al. (2011) An unloading foam model to constrain
Etnaʼs 11-13 January 2011 lava fountaining episode. J. Geophys. Res., 116, B11207, doi : 10.1029/2011JB008407.
Chouet, B. A., Hamsevicz, N. and McGetchin, T. R. (1974)
Photoballistics of volcanic jet activity at Stromboli, Italy. J.
Geophys. Res., 79, 4961-4976, doi : 10. 1029/JB079i032p
04961.
Chouet, B., Dawson, P., Ohminato, T., Martini, M., Saccorotti,G., Giudicepietro, F., De Luca, G., Milana, G. and Scarpa,
R. (2003) Source mechanisims of explosions at Stromboli
volcano, Italy, determined from moment-tensor inversionsof very-long-period data. J. Geophys. Res., 108, 2019, doi :10.1029/2002JB001919.
Chouet, B. A. and Matoza, R. S. (2013) A multi-decadal viewof seismic methods for detecting precursors of magma
movement and eruption. J. Volcanol. Geotherm. Res., 252,108-175, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2012.11.013.
Clarke, A. B., Voight, B., Neri, A. and Macedonio, G. (2002)
Transient dynamics of vulcanian explosions and column
collapse. Nature, 415, 897-901.
Costa, A., Wadge, G. and Melnik, O. (2012) Cyclic extrusionof a lava dome based on a stick-slip mechanism. Earth.
Planet. Sci. Lett., 337-338, 39-46, doi : 10.1016/j.epsl.2012.
05.011.
Cruz-Atienza, V. M. Pacheco, J. F., Singh, S. K., Shapiro, N.
M., Valdés, C. and Iglesias, A. (2001) Size of Popocatepetl
volcano explosions (1997-2001) from waveform inversion.
Geophys. Res. Lett., 28, 4027-4030.
Dawson, P. B., Chouet, B. A. and Power, J. (2011) Determining the seismic source mechanisms and location for an
explosive eruption with limited observational data : Augustine
Volcano, Alaska. Geophys. Res. Lett., 38, L03302, doi10.
1029/2010GL045977.
Delle Donne, D. and Ripepe, M. (2012) High-frame rate
thermal imagery of Strombolian explosions : Implications
for explosive and infrasonic source dynamics. J. Geophys.
Res., 117, B09206, doi : 10.1029/2011JB008987.
Dmitrieva, K., Hotovec-Ellis, A. J., Prejean, S. and Dunham,
E. M. (2013) Frictional-faulting model for harmonic tremor
before Redoubt volcano eruptions. Nature Geosci., 6,652-656, doi : 10.1038/ngeo1879.
Fee, D. and Matoza, R. S. (2013) An overview of volcano
infrasound : From Hawaiian to Plinian, local to global. J.
Volcanol. Geotherm. Res., 249, 123-139, doi : 10. 1016/j.
jvolgeores.2012.09.002.
Fee, D., Steffke, A. and Garces, M. (2010) Characterization of
the 2008 Kasatochi and Okmok eruptions using remoteinfrasound arrays. J. Geophys. Res., 115, D00L10, doi : 10.
1029/2009JD013621.
Fee, D., Yokoo, A. and Johnson, J. B. (2014) Introduction toan open community infrasound dataset from the actively

地球物理学的多項目観測から見た噴火過程
eruption Sakurajima volcano, Japan. Seismol. Res. Lett., 85,
1151-1162, doi : 10.1785/0220140051.
Fujita, E., Ukawa, M., Yamamoto, E. and Okada, Y. (2002)
Cyclic jerky opening of magma sheet and caldera formation
during the 2000 Miyakejima volcano eruption. Geophys.
Res., Lett., 29, 1366, doi : 10.1029/2001GL013848.
Fujita, E., Ukawa, M. and Yamamoto, E. (2004) Subsurface
cyclic magma sill expansions in the 2000 Miyakejima
volcano eruption : Possibility of two-phase flow oscillation.
J. Geophys. Res., 109, B04205, doi : 10. 1029/2003JB
002556.
Genco, R. and Ripepe, M. (2010) Inflation-deflation cycles
revealed by tilt and seismic records at Stromboli volcano.
Geophys. Res. Lett., 37, L12302, doi : 10. 1029/2010GL
042925.
Genco, R., Ripepe, M., Marchetti, E., Bonadonna, C. andBiass, S. (2014) Acoustic wavefield and Mach wave
radiation of flashing arcs in Strombolian explosion measured by image luminance. Geophys. Res. Lett., 41, 71357142, doi : 10.1002/2014GL061597.
Germanovich, L. N. and Lowell, R. P. (1995) The mechanismof phreatic eruptions. J. Geophys. Res., 100, 8417-8434.
Geshi, N., Shimano, T., Chiba, T. and Nakada, S. (2002)
Caldera collapse during the 2000 eruption of Miyakejima
Volcano, Japan. Bull. Volcanol., 64, 55-68, doi : 10.1007/
s00445-001-0184-z.
Gibbons, S. J. and Ringdal, F. (2006) The detection of low
magnitude seismic events using array-based waveform
correlation. Geophys. J. Int., 165, 149-166, doi : 10.1111/j.
1365-246X.2006.02865.x.
Giudicepietro, F., DʼAuria, L., Martini, M., Caputo, T. Peluso,R., De Cesare, W., Orazi, M. and Scarpato, G. (2009)
Changes in the VLP seismic source during the 2007
Stromboli eruption. J. Volcanol. Geotherm. Res., 182, 162171, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2008.11.008.
Goto, A. (1999) A new model for volcanic earthquake at
Unzen volcano : Melt rupture model. Geophys. Res. Lett.,
26, 2541-2544.
Goto, A., Ripepe, M. and Laccana, G. (2014) Wideband
acoustic records of explosive volcanic eruptions at
Stromboli : New insights on the explosive process and theacoustic source. Geophys. Res. Lett., 41, 3851-3857, doi :10.1002/2014GL060143.
Green, D. N. and Neuberg, J. (2006) Waveform classificationof volcanic low-frequency earthquake swarms and its
implication at Soufrière Hills volcano, Montserrat. J.
Volcanol. Geotherm. Res., 153, 51-63.
浜口博之・植木貞人 (2012) 1888 年磐梯山水蒸気爆発に関するノート : (1) 爆発源の位置と噴出方向に関する再検討．火山，57，111-123.
浜口博之・植木貞人・中道治久 (2014) 1888 年磐梯山水蒸
気爆発に関するノート : (3) 1888 年の水蒸気爆発論考に潜むジレンマ．火山，59，287-298.
Harris, A. J. L., Ripepe, M. and Hughes, E. A. (2012) Detailed
analysis of particle launch velocities, size distributions andgas densities during normal explosions at Stromboli. J.
Volcanol Geotherm. Res., 231-232, 109-131, doi : 10.1016/

147

j.jvolgeores.2012.02.012.
橋本武志 (2005) 火山の電磁気観測─歴史・意義・展望─．
火山，50，S115-S138.
Hautmann, S., Hidayat, D., Fournier, N., Linde, A. T., Sacks,
I. S. and Williams, C. P. (2013) Pressure changes in themagmatic system during the December 2008/January 2009
extrusion event at Soufriére Hills volcano, Montserrat (W.
I.), derived from strain data analysis. J. Volcanol. Geotherm. Res., 250, 34-41, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2012.10.
006.
Hibert, C. et al. (2015) Toward continuous quantification oflava extrusion rate : Results rom the multidisciplinary
analysis of the 2 January 2010 eruption of Piton de laFournaise volcano, La Réunion. J. Geophys. Res., 120,
3026-3047, doi : 10.1002/2014JB011769.
廣瀬 亘・他 (2007) 2006 年（平成 18 年）3 月の雌阿寒岳
噴火 : 噴火の経過および降灰調査結果．道立地質研報
告，78，37-55.
Holland, A. S. P., Watson, L. M., Phillips, J. C., Caricchi, L.
and Dalton, M. P. (2011) Degassing processes during lava
dome growth : Insights from Santiaguito lava dome,
Guatemala. J. Volcanol. Geotherm. Res., 202, 153-166,
doi : 10.1016/j.jvolgeores.2011.02.004.
Hornby, A. J. et al. (2015) Spine growth and seismogenic
faulting at Mt. Unzen, Japan. J. Geophys. Res., 120,4034-4054, doi : 10.1002/2014JB011660.
Hort, M., Seyfried, R. and Vöge, M. (2003) Rader Doppler
velocimetry of volcanic eruptions : theoretical considerations and quantitative documentation of changes in eruptive
behavior at Stromboli volcano, Italy. Geophys. J. Int., 154,
515-532.
Hotovec, A. J., G. Prejean, S. G., Vidale, J. E. and Gomberg, J.
(2013) Strongly gliding harmonic tremor during the 2009
eruption of Redoubt volcano. J. Volcanol. Geotherm. Res.,
259, 89-99, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2012.01.001.
Ichihara, M., Rittel, D. and Sturtevant, B. (2002) Fragmentation of a porous viscoelastic material : Implications tomagma fragmentation. J. Geophys. Res., 107 (B10), 2229,
doi : 10.1029/2001JB000591.
Ichihara, M., Takeo, M., Yokoo, A., Oikawa, J. and Ohminato,
T. (2012) Monitoring volcanic activity using correlation
patterns between infrasound and ground motion. Geophys.
Res., Lett., 39, L04304, doi : 10.1029/2011GL050542.
Ichihara, M., Lyons, J. J. and Yokoo, A. (2013) Switchingfrom seismic to seismo-acoustic harmonic tremor at atransition of eruptive activity during the Shinmoe-dake2011 eruption. Earth Planets Space, 65, 633-643, doi : 10.
5047/eps.2013.05.003.
Ide, S., Baltay, A. and Beroza, G. C. (2011) Shallow dynamic
overshoot and energetic deep rupture in the 2011 Mw 9.0
Tohoku-Oiki earthquake. Science, 332, 1426-1429.
Iguchi, M. (1994) A vertical expansion source model for themechanisms of earthquakes originated in the magma
conduit of an andesitic volcano : Sakurajima, Japan. Bull.
Volcanol. Soc. Japan, 39, 49-67.
井口正人 (2005) 地球物理学的観測からみた火山爆発のダイナミクス─桜島を例として─．火山，50，S137-

148

中道治久・青山

S149.
Iguchi, M. (2013) Magma movement from the deep to shallow
Sakurajima volcano as revealed by geophysical observations. Bull. Volcanol. Soc. Japan, 58, 1, 1-18.
井口正人 (2013a) 桜島火山の噴火活動─ 2012 年 7 月〜2013 年 6 月─．桜島火山における多項目観測に基づく火山噴火準備過程解明のための研究平成 24 年度
報告書，1-8.
井口正人 (2013b) 噴火微動を用いた火山灰放出量のモニ
タリング手法．京都大学防災研究所年報，56B，221225.
井口正人・為栗 健 (2014) 桜島昭和火口の 2013 年 8 月
18 日噴火について．京都大学防災研究所年報，57B，
106-115.
Iguchi, M., Yakiwara, H., Tameguri, T., Hendrasto, M. andHirabayashi, J. (2008) Mechanism of explosive eruption
revealed by geophysical observations at the Sakurajima,
Suwanosejima and Semeru volcanoes. J. Volcanol. Geotherm.
Res., 178, 1-9.
Iguchi, M., Tameguri, T., Ohta, Y., Ueki, S. and Nakao, S.
(2013) Characteristics of volcanic activity at Sakurajima
volcanoʼ s Showa crater during the period 2006 to 2011.
Bull. Volcanol. Soc. Japan, 58, 115-135.
Ishihara, K. (1985) Dynamical analysis of volcanic explosion.
J. Geodyn., 3, 327-349.
Ishihara, K. (1990) Pressure sources and induced grounddeformation associated with explosive eruptions at anandesitic volcano : Sakurajima volcano, Japan. In Magma
Transport and Storage (Ryan, M. ed), John Wileys & Sons,
Chichester, 335-356.
石原和弘・小林哲夫 (1988) 桜島火山の最近の火山活動．
火山，33，269-271.
石丸 聡・他 (2009) 2008 年 11 月に噴火した雌阿寒岳の調査報告．道立地質研報告，80，115-126.
石峯康浩・瀧本浩史・神田 学・木下紀正・横尾亮彦・
井口正人 (2009) 桜島火山・昭和火口で発生した噴煙の PIV 解析．京都大学防災研究所年報，52B，319-322.
Iverson, R. M. et al. (2006) Dynamics of seismogenic volcanic
extrusion at Mount St Helens in 2004-05. Nature, 444,
439-443, doi : 10.1038/nature05322.
James, M. R., Lane, S. J. and Corder, S. B. (2008) Modelling
the rapid near-surface expansion of gas slugs in lowviscosity magmas. In Fluid Motions in Volcanic Conduits :A Source of Seismic and Acoustic Signals (Lane, S. J. and
Gilbert, J. S. eds), Geological Society, London, Special
Publications, 307, 147-167, doi : 10.1144/SP307.9.
Jaupart, C. and Vergniolle, S. (1988) Laboratory models of
Hawaiian and Strombolian eruptions. Nature, 331, 58-60.
Jaupart, C. and Vergniolle, S. (1989) The generation andcollapse of a foam layer at the roof of a basaltic magma
chamber. J. Fluid. Mech., 203, 347-380.
Jellinek, A. and Bercovici, D. (2011) Seismic tremors andmagma wagging during explosive volcanism. Nature, 470,
522-525, doi : 10.1038/nature09828.
Johnson, J. B. (2005) Source location variability and volcanic
vent mapping with a small-aperture infrasound array atStromboli volcano, Italy. Bull. Volcanol., 67, 1-14, doi : 10.

裕1007/ss00445-004-0356-8.
Johnson, J. B. and Aster, R. C. (2005) Relative partitioning of
acoustic and seismic energy during Strombolian eruptions.
J. Volcanol. Geotherm. Res., 148, 334-354, doi : 10.1016/j.
jvolgeores.2005.05.002.
Johnson, J. B. and Malone, S. D. (2007) Ground-coupled acoustic airwaves from Mount St. Helens provides constraints on
the May 18th, 1980 eruption. Earth Planet. Sci. Lett., 258,
16-31, doi : 10.1016/j.epsl.2007.03.001.
Johnson, J. B. and Ripepe, M. (2011) Volcano infrasound : A
review. J. Volcanol. Geotherm. Res., 206, 3-4, 61-69, doi :10.1016/j.jvolgeores.2011.06.006.
Johnson, J. B., Lees, J. M., Gerst, A., Sahagian, D. and Varley,
N. (2008) Long-period earthquakes and co-eruptive dome
inflation seen with particle image velocimetry. Nature, 456,
377-381, doi : 10.1038/nature07429.
Johnson, J. B., Sanderson, R. Lyons, J., Escobar-Wolf, R.
Waite, G. and Lees, J. M. (2009) Dissection of a composite
volcanic earthquake at Santiaguito, Guatemala. Geophys.
Res. Lett., 36, L16308, doi : 10.1029/2009GL039370.
Johnson, J. B., Lyons, J. J., Andrews, B. J. and Lees, J. M.
(2014) Explosive dome eruptions modulated by periodic
gas-driven inflation. Geophys. Res. Lett., 41, 6689-6697,
doi : 10.1002/2014GL061310.
Jolly, A. D., Sherburn, S., Jousset, P. and Kilgour, G. (2010)
Eruption source processes derived from seismic andacoustic observations of the 25 September 2007 Ruapehu
eruption-North Island, New Zealand. J. Volcanol. Geotherm.
Res., 191, 33-45, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2010.01.009.
Kanamori, H. and Given, J. W. (1982) Analysis of longperiod seismic waves excited by the May 18, 1980, eruptionof Mount St. Helens ‒ A terrestrial monopole? J. Geophys.
Res., 87, 5422-5432.
Kanamori, H. and Mori, J. (1992) Harmonic excitation of
mantle Rayleigh waves by the 1991 eruption of Mount
Pinatubo, Philippines. Geophys. Res. Lett., 19, 7, 721-724.
Kanamori, H. and Brodsky, E. E. (2004) The physics ofearthquakes. Rep. Prog. Phys., 67, 1429-1496, doi : 10.1088/0034-48885/67/8/R03.
Kanamori, H. and Rivera, L. (2006) Energy partitioning
during an earthquake. In Earthquakes : Radiated Energy
and the Physics of Faulting (Abercrombie, R., McGarr, A.,
Di Toro, G. and Kanamori, H. eds), American GeophysicalUnion, Washington, D. C., doi : 10.1029/170GM03.
Kanamori, H., Given, J. W. and Lay, T. (1984) Analysis ofseismic body waves excited by the Mount St. Helens
eruption of May 18, 1980. J. Geophys. Res., 89, 1856-1866.
金子隆之 (2005) 衛星リモートセンシングによる火山の赤外観測．火山，50，S233-S251.
Kaneshima, S. et al. (1996) Mechanism of phreatic eruptions
at Aso volcano inferred from near-field broadband seismic
observations. Science, 273, 642-645.
Kato, A., Terakawa, T., Yamanaka, Y., Maeda, Y., Horikawa,S., Matsuhiro, K. and Okuda, T. (2015) Preparatory andprecursory processes leading up to the 2014 phreatic
eruption of Mount Ontake, Japan. Earth Planets Space, 67,
111, doi : 10.1186/s40623-015-0228-x.

地球物理学的多項目観測から見た噴火過程
Kato, K. and Yamasato, H. (2013) The 2011 eruptive activityof Shinmoedake volcano, Kirishimayama, Kyushu, Japan
Overview of activity and Volcanic Alert Level of the Japan
Meteorological Agency-．Earth Planets Space, 65,
489-504, doi : 10.5047/eps.2013.05.009.
加藤幸司・大島弘光・笹谷 努 (2002) 1988-1989 年の十勝岳噴火に伴う爆発地震の震源メカニズム．北海道大学地球物理学研究報告，65，179-198.
Kawaguchi, R. and Nishimura, T. (2015) Numerical investigation of temporal changes in volcanic deformation caused
by a gas slug ascent in the conduit. J. Volcanol. Geotherm.
Res., 302, 1-10, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2015.06.002.
Kawaguchi, R., Nishimura, T. and Sato, H. (2013) Volcano
inflation prior to an eruption : Numerical simulations basedon a 1-D magma flow model in an open conduit. Earth
Planets Space, 65, 1477-1489, doi : 10.5047/eps.2013.05.
005.
Kawakatsu, H. and Yamamoto, M. (2007) Volcano Seismology. In Treatise on Geophysics. 4 : Earthquake Seismology(Schubert, G. ed), 389-420, Elsevier, Oxford.
風早竜之介・森 俊哉 (2016) 火山ガス観測研究から見る地下のマグマ挙動および噴火現象の解釈，火山，61，
155-170.
Kazahaya, R., Mori, T., Takeo, M., Ohminato, T., Urabe, T.
and Maeda, Y. (2011) Relation between single very-longperiod pulses and volcanic gas emissions at Mt Asama,
Japan. Geophys. Res. Lett., 38, L11307, doi : 10.1029/2011
GL047555.
Kazama, T., Okubo, S., Sugano, T., Matsumoto, S., Sun, W.,
Tanaka, Y. and Koyama, E. (2015) Absolute gravity change
associated with magma mas movement in the conduit ofAsama Volcano (Central Japan), revealed by physicalmodeling of hydrological gravity disturbances. J. Geophys.
Res., 120, 1263-1287, doi : 10.1002/2014JB011563.
Kendrick, J. E., Lavallée, Y., Hirose, T., Di Toro, G., Hornby,
A. J., De Angelis, S. and Dingwell, D. B. (2014) Volcanic
drumbeat seismicity caused by stick-slip motion andmagmatic frictional melting. Nature Geosci., 7, 438-442,
doi : 10.1038/ngeo2146.
菊地正幸・山中佳子・纐纈一起 (2001) 三宅島 2000 年噴
火活動に伴う長周期地震のメカニズムとその解釈．地
学雑，110，204-216.
Kim, K., Lees, J. M. and Ruiz, M. C. (2014) Source mechanisms of Vulcania eruption at Tungurahua Volcano, Ecuador,derived from seismic moment tensor inversions. J. Geophys.
Res., 119, 1145-1164, doi : 10.1002/2013JB010590.
Kim, K., Fee, D., Yokoo, A. and Lees, J. M. (2015) Acoustic
source inversion to estimate volume flux from volcanic
explosions. Geophys. Res. Lett., 42, 5243-5249, doi : 10.
1002/2015GL064466.
Kirchdörfer, M. (1999) Analysis and quasistatic FE modelingof long period impulsive events associated with explosions
at Stromboli volcano (Italy)．Ann. Geofisica, 42, 379-390.
気象庁 (2013) 日本活火山総覧（第 4 版）．
Kobayashi, T., Ida, Y. and Ohminato, T. (2005) Small inflation sources producing seismic and infrasonic pulses during
the 2000 eruptions of Miyake-jima, Japan. Earth Planet.

149

Sci. Lett., 240, 291-301, doi : 10.1016/j.epsl.2005.09.015.
Kobayashi, T., Ohminato, T., Ida, Y. and Fujita, E. (2009)
Very long period seismic signals observed before thecaldera formation with the 2000 Miyake-jima volcanic
activity, Japan. J. Geophys. Res., 114, B02211, doi : 10.1029/
2007JB005557.
小屋口剛博 (1995) 火山現象の素過程の理解から火山シ
ステムの理解へ．火山，40，S111-S123.
小屋口剛博 (2008) 火山現象のモデリング．東京大学出版会，638 p.
Koyaguchi, T. and Mitani, N. K. (2005) A theoretical model
for fragmentation of viscous bubbly magmas in shock tubes.
J. Geophys. Res., 110, B10202, doi : 10.1029/2004JB003513.
小園誠史・三谷典子 (2006) 一次元定常火道流のモデリ
ング・総説．岩石鉱物科学，35，166-176.
Kozono, T., Ueda, H., Ozawa, T., Koyaguchi, T., Fujita, E.
Tomiya A. and Suzuki, Y. J. (2013) Magma discharge
variations during the 2011 eruptions of Shinmoe-dake volcano, Japan, revealed by geodetic and satellite observations.
Bull. Volcanol., 75, 695, doi : 10.1007/s00445-013-0695-4.
Kozono, T., Ueda, H., Shimbori, T. and Fukui, K. (2014)
Correlation between magma chamber deflation and eruption
cloud height during the 2011 Shinmoe-dake eruptions.
Earth, Planets and Space, 66, 139, doi : 10.1186/s40623014-0139-1.
熊谷博之・中野 優 (2009) 火山性地震の発生過程─定量化に関する最近の成果─．地震，61，S379-S390.
Kumagai, H., Ohminato, T., Nakano, M., Ooi, M., Kubo, A.,
Inoue, H. and Oikawa, J. (2001) Very-long-period seismic
signals and caldera formation at Miyake Island, Japan.
Science, 293, 687-689.
Kumagai, H. et al. (2010) Broadband seismic monitoring ofactive volcanoes using deterministic and stochastic approaches. J. Geophys. Res., 115, B08303, doi : 10. 1029/
2009JB006889.
Lees, J. M. (2007) Seismic tomography of magmatic systems.
J. Volcanol. Geotherm. Res., 167, 37-56, doi : 10.1016/j.
jvolgeores.2007.06.008.
Mader, H. M., Zhang, Y., Phillips, J. C., Sparks, R. S. J.,
Sturtevant, B. and Stolper, E. (1994) Experimental simulations of explosive degassing of magma. Nature, 372, 85-88.
Maeda, Y. and Takeo, M. (2011) Very-long-period pulses at
Asama volcano, central Japan, inferred from dense seismic
observations. Geophys. J. Int., 185, 265-282, doi : 10.
1111/j.1365-246X.2011/04938.x.
Maeda, Y., Takeo, M. and Ohminato, T. (2011) A waveform
inversion including tilt : method and simple tests. Geophys.
J Int., 184, 2, 907-918, doi : 10.1111/j.1365-246X.2010.
04892.x.
Maeda, Y. Kumagai, H., Lacson Jr., R., Flgueroa II, M. S.,
Yamashina, T., Ohkura, T. and Baloloy, A. V. (2014) A
phreatic explosion model inferred from a very long period
seismic event at Mayon Volcano, Philippines. J. Geophys.
Res., 120, 226-242, doi : 10.1002/2014JB011440.
Maeno, F. et al. (2016) Reconstruction of a phreatic eruption
on 27 September 2014 at Ontake volcano, Central Japan,
based on proximal pyroclastic density current and fall out

150

中道治久・青山

deposits. Earth Plantes Space, in review.
Marchetti, E. and Ripepe, M. (2005) Stability of the seismic
source during effusive and explosive activity at Stromboli
volcano. Geophys. Res. Lett., 32, L03307, doi : 10.1029/2004
GL021406.
Mastin, L. G. et al. (2009) A multidisciplinary effort to assign
realistic source parameters to models of volcanic ash-cloudtransport and dispersion during eruptions. J. Volcanol.
Geotherm. Res., 186, 10-21, doi : 10. 1016/j. jvolgeores.
2009.01.008.
Matoza, R. S., Fee, D., Garcés, M. A., Seiner, J. M., Ramón, P.
A. and Hedlin, M. A. H. (2009) Infrasonic jet noise fromvolcanic eruptions. Geophys. Res. Lett., 36, L08303, doi :10.1029/2008GL036486.
Matoza, R. S., Le Pichon, A., Vergoz, J., Herry, P., Lalande, J.,
Lee, H., Che, I. and Rybin, A. (2011) Infrasonic observations of the June 2009 Sarychev Peak eruption, Kuril
Islands : Implications for infrasonic monitoring of remote
explosive volcanism. J. Volcanol. Geotherm. Res., 200,
35-48, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2010.11.022.
Matsumoto, N., Sato, T., Matsushima, N., Akita, F., Shibata,T. and Suzuki, A. (2002) Hydrological anomalies associated with crustal deformation before the 2000 eruption of
Usu volcano, Japan. Geophys. Res. Lett., 29, 1057, doi : 10.
1029/2001GL013968.
Matsumoto, S., Shimizu, H., Matsushima, T., Uehira, K.,
Yamashita, Y., Nakamoto, M., Miyazaki, M. and Chikura,
H. (2013) Short-term spatial change in a volcanic tremor
source during the 2011 Kirishima eruption. Earth Plantes
Space, 65, 323-329, doi : 10.5047/eps.2012.09.002.
McKee, K., Fee, D., Rowell, C. and Yokoo, A. (2014)
Network-based evaluation of the infrasonic source location
at Sakurajima volcano, Japan. Seismol. Res. Lett., 85,
1151-1162, doi : 10.1785/0220140051.
McNutt, S. R. and Nishimura, T. (2008) Volcanic tremor
during eruptions : Temporal characteristics, scaling andconstraints on conduit size and processes. J. Volcanol.
Geotherm. Res., 178, 1, 10-18, doi : 10.1016/j.jvolgeores.
2008.03.010.
Melnik, O. and Sparks, R. S. J. (1999) Nonlinear dynamics oflava dome extrusion. Nature, 402, 37-41, doi : 10. 1038/
46950.
Melnik, O. and Sparks, R. S. J. (2005) Controls on conduit
magma flow dynamics during lava dome building eruptions.
J. Geophys. Res., 110, B02209, doi : 10.1029/2004JB003183.
Michaut, C., Ricard, Y., Bercovici, D. and Sparks, R. S. J.
(2013) Erution cyclicity at silicic volcanoes potentiall caused
by magmatic gas waves. Nature Geosci., 6, 856-860, doi :10.1038/ngeo1928.
Michon, L., Massin, F., Famin, V. and Ferrazzini, V. (2011)
Basaltic calderas : Collapse dynamics, edifice deformation,and variations of magma withdrawal. J. Geophys. Res., 116,
B03209, doi : 10.1029/2010JB007636.
三浦大輔・新井田清信 (2002) 有珠火山 2000 年噴火における岩脈貫入過程と潜在ドームの形成メカニズム．火山，47，119-130.
森田裕一・大湊隆雄 (2005) 火山における地震観測の発裕

展と成果．火山，50，S77-S100.
Morrissey, M., Garces, M., Ishihara, K. and Iguchi, M. (2008)
Analysis of infrasonic and seismic events related to the1998 Vulcanian eruption at Sakurajima. J. Volcanol.
Geotherm. Res., 175, 315-324, doi : 10.1016/j.jvolgeores.
2008.03.008.
Morrissey, M. M. and Lastin, L. G. (2000) Vulcanian eruptions. In Encyclopedia of Volcanoes, 463-475.
村上 亮 (2005a) 最近 10 年の地殻変動観測の進歩と火山学への貢献．火山，50，S27-S47.
村上 亮 (2005b) GPS 連続観測結果が示唆する浅間火山のマグマ供給系．火山，50，347-361.
中田節也・吉本充宏・小山悦郎・辻 浩・卜部 卓 (2005)
浅間山 2004 年噴火と過去の噴火との比較による活動評価．火山，50，303-313.
Nakada, S., Shimizu, H. and Ohta, K. (1999) Overview of the
1990-1995 eruption at Unzen volcano. J. Volcanol.
Geotherm. Res., 89, 1-22.
Nakada, S., Nagai, M., Kaneko, T., Suzuki, Y. and Maeno, F.
(2013) The outline of the 2011 eruption at Shinmoe-dake(Kirishima), Japan. Earth Planets Space, 65, 475-488, doi :10.5047/eps.2013.03.016.
Nakada, S., Yoshimoto, M., Maeno, F., Iguchi, M., Zaenudin,
A. and Hendrasto, M. (2014) Recent two distinct eruptionsat Sinabung and Kelud, Indonesia. American GeophysicalUnion Fall Meeting, V33E-06.
Nakamichi, H., Kumagai, H., Nakano, M., Okubo, M.,
Kimata, F., Ito, Y. and Obara, K. (2009) Source mechanismof a very-long-period event at Mt Ontake, central Japan :Response of a hydrothermal system to magma intrusion
beneath the summit. J. Volcanol. Geotherm. Res., 187,
167-177, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2009.09.006.
Nakamichi, H., Yamanaka, Y., Terakawa, T., Horikawa, S.,
Okuda, T. and Yamazaki, F. (2013) Continuous long-term
array analysis of seismic records observed during the 2011
Shinmoedake eruption activity of Kirishima volcano,southwest Japan. Earth Planets Space, 65, 551-562, doi :10.5047/eps.2013.03.002.
Neuberg, J. (2000) Characteristics and causes of shallow
seismicity in andesite volcanoes. Phil. Trans. Math. Phys.
Eng. Sci., 358, 1533-1546.
Neuberg, J., Luckett, R., Ripepe, M. and Braun, T. (1994)
Highlights from a seismic broadband array on Stromboli
volcano. Geophys. Res. Lett., 21, 749-752.
Neuberg, J., Luckett, R., Baptie, B. and Olsen, K. (2000)
Models of tremor and low-frequency earthquake swarms on
Montserrat. J. Volcanol. Geotherm Res., 101, 83-104.
Neuberg, J. W., Tuffen, H., Collier, L., Green, D., Powell, T.
and Dingwell, D. (2006) The trigger mechanism of lowfrequency earthquakes on Montserrat. J. Volcanol.
Geotherm. Res., 153, 37-50, doi : 10. 1016/j. jvolgeores.
2005.08.008.
Newhall, C. G. and Self, S. (1982) The Volcanic Explosivity
Index (VEI) : An estimate of explosive magnitude forhistorical volcanism. J. Geophys. Res., 87, C2, 1231-1238,
doi : 10.1029/JC087iC02p01231.
Nishimura, T. (2006) Ground deformation due to magma

地球物理学的多項目観測から見た噴火過程
ascent with and without degassing. Geophys. Res. Lett., 33,
L23309, doi : 10.1029/2006GL028101.
Nishimura, T. (2009) Ground deformation cased by magma
ascent in an open conduit. J. Volcanol. Geotherm. Res., 187,
178-192, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2009.09.001.
Nishimura, T. and Hamaguchi, H. (1993) Scaling law of
volcanic explosion earthquake. Geophys. Res. Lett., 20, 24792482.
Nishimura, T., Iguchi, M., Kawaguchi, R., Surono, Hendrasto,
M. and Rosadi, U. (2012) Inflations prior to Vulcanianeruptions and gas bursts detected by tilt observations at
Semeru Volcano, Indonesia. Bull. Volcanol., 74, 903-911,
doi : 10.1007/s00445-012-0579-z.
Nishimura, T., Iguchi, M., Yakiwara, H., Oikawa, J.,
Kawaguchi, R., Aoyama, H., Nakamichi, H., Ohta, Y. andTameguri, T. (2013) Mechanisms of small vulcanianeruptions at Suwanosejima volcano, Japan, as inferred fromprecursor inflations and tremor signals. Bull. Volcanol., 75,
779, doi : 10.1007/s00445-013-0779-1.
Ogiso, M. and Yomogida, K. (2012) Migration of tremor
locations before the 2008 eruption of Meakandake volcano,
Hokkaido, Japan. J. Volcanol. Geotherm. Res., 217-218,
8-20, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2011.12.005.
Ohminato, T., Takeo, M., Kumagai, H., Yamashina, T.,
Oikawa, J., Koyama, E., Tsuji, H. and Urabe, T. (2006)
Vulcanian eruptions with dominant single force components
observed during the Asama 2004 volcanic activity in Japan.
Earth Planets Space, 58, 583-593.
及川輝樹・他 (2015) 御嶽山 2014 年噴火．火山，60，411415.
Okada, Hm., Watanabe, H., Yamashita, H. and Yokoyama, I.
(1981) Seismological significance of the 1977-1978
eruptions and the magma intrusion process of Usu volcano,
Hokkaido. J. Volcanol. Geotherm. Res., 9, 311-334.
岡田 弘 (1986) 火山観測と噴火予知．火山，30，S301S325.
岡崎紀俊・高橋浩晃・笠原 稔・石丸 聡・森 済・北川貞之・藤原健治・中禮正明 (2002) 高密度 GPS 観測による 2000 年有珠山噴火の地殻変動．火山，47，547557.
大久保修平 (2005) 重力変化から火山活動を探る─観
測・理論・解析─．火山，50，S49-S58.
Okubo, S., Tanaka, Y., Ueki, S., Oshima, H., Maekawa, T. andImanishi, Y. (2013) Gravity variation around Shinmoedake volcano from Februrary 2011 through March 2012Results of continuous absolute gravity observation andrepeated hybrid gravity meausrements. Earth Planets
Space, 65, 563-571, doi : 10.5047/eps.2013.03.014.
Omori, F. (1914-1922) The Sakura-jima eruptions andearthquakes, I, II, III, IV, V and VI. Bull. Earthq. Invest.
Commun., 8, 1-34, 35-179, 181-321, 323-343, 353-466,
467-525.
Onizawa, S., Mikada, H., Watanabe, H. and Sakashita, S.
(2002) A method for simultaneous velocity and density
inversion and its application to exploration of subsurface
structure beneath Izu-Oshima volcano, Japan. Earth Planets
Space, 54, 803-817, doi : 10.1186/BF03352074.

151

Onizawa, S. et al. (2007) P-wave velocity structure of Usu
volcano : Implication of structural controls on magma
movements and eruption locations. J. Volcanol. Geotherm.
Res., 160, 175-194, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2006.10.005.
Papale, P. and Dobran, F. (1993) Modeling of the ascent ofmagma during the plinian eruption of Vesuvius in A. D. 79.
J. Volcanol. Geotherm. Res., 58, 101-132.
Parcheta, C., Houghton, B. and Swanson, D. A. (2012)
Hawaiian fissure fountains 1 : decoding deposits ‒ episode1 of the 1969-1974 Mauna Ulu eruption. Bull. Volcanol.,74, 1729-1743, doi : 10.1007/s00445-012-0621-1.
Parfitt, E. A. (2004) A discussion of the mechanisms of
explosive basaltic eruptions. J. Volcanol Geotherm. Res.,
134, 77-107, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2004.01.002.
Parfitt, E. A. and Wilson, L. (1995) Explosive volcanic
eruptions ‒ IX. The transition between Hawaiian-style lava
fountaining and Strombolian explosive activity. Geophys. J.
Int., 121, 226-232.
Patrick, M. R., Harris, A. J. L., Ripepe, M. Dehn, J., Rothery,
D. A. and Calvari, S. (2007) Strombolian explosive styles
and source conditions : insights from thermal (FLIR) video.
Bull. Volcanol., 69, 769-784, doi : 10. 1007/s00445-0060107-0.
Prejean, S. G. and Brodsky, E. E. (2011) Volcanic plumeheight measured by seismic waves based on a mechanicalmodel. J. Geophys. Res., 116, B01306, doi : 10.1029/2010
JB007620.
Rice, J. R., Lapusta, N. and Ranjith, K. (2001) Rate and state
dependent friction and the stability of sliding between
elastically deformable solids. J. Mech. Phys. Solids, 49,
1865-1898.
Ripepe, M. and Marchetti, E. (2002) Array tracking of
infrasonic sources at Stromboli volcano. Geophys. Res.
Lett., 29, 2076, doi : 10.1029/2002GL015452.
Ripepe, M., Rossi, M. and Saccorotti, G. (1993) Image
processing of explosive activity at Stromboli, J. Volcanol.
Geotherm. Res., 54, 335-351.
Ripepe, M., Poggi, P., Braun T. and Gordeev, E. (1996)
Infrasonic waves and volcanic tremor at Stromboli. Geophys.
Res. Lett., 23, 181-184.
Ripepe, M., Ciliberto, S. and Della Schiava, M. (2001) Time
constraints for modeling source dynamics o volcanic
explosions at Stromboli. J. Geophys. Res., 106, 8713-8727.
Ripepe, M., Harris, A. J. L. and Carniel. R. (2002) Thermal,
seismic and infrasonic evidences of variable degassing rates
at Stromboli volcano. J. Volcanol. Geotherm. Res., 118,285-297.
Ripepe, M., Delle Donne, D., Genco, R., Maggio, G.,
Pistolesi, M., Marchetti, E., Lacanna, G., Ulivieri, G. andPoggi, P. (2015) Volcano seismicity and ground deformation unveil the gravity-driven magma discharge dynamics ofa volcanic eruption. Nature Comm., 6, 6998, doi : 10.
1038/ncomms7998.
Roman, D. C., De Angelis, S., Latchman, J. L. and White, R.
(2008) Patterns of volcanotectonic seismicity and stressduring the ongoing eruption of the Soufrière Hills volcano,Montserrat (1995-2007). J. Volcanol. Geotherm. Res., 173,

152

中道治久・青山230-244, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2008.01.014.
Rybin, A., Chibisova, M., Webley, P., Steensen, T., Izbekov
P., Neal, C. and Realmuto, V. (2011) Satellite and groundobservations of the June 2009 eruption of Sarychev Peak
volcano, Matua Island, Central Kuriles. Bull. Volcanol., 73,
1377-1392, doi : 10.1007/s00445-011-0481-0.
Savage, M., Ohminato, T., Aoki, Y., Tsuji, H. and Greve. S.
M. (2010) Stress magnitude and its temporal variation at
Mt. Asama volcano, Japan, from seismic anisotropy andGPS. Earth Planet. Sci. Lett., 290, 403-414, doi : 10.1016/j.
epsl.2009.12.037.
Scharff, L., Hort, M., Harris, A. J. L., Ripepe, M., Lees, J. M.
and Seyfried, R. (2008) Eruption dynamics of the SW craterof Stromboli volcano, Italy‒ and interdisciplinary approach.
J. Volcanol. Geotherm. Res., 176, 565-570, doi : 10.1016/j.
jvolgeores.2008.05.008.
Shibata, T. and Akita, F. (2001) Precursory changes in well
water level prior to the March, 2000 eruption of Usu
volcano, Japan. Geophys. Res. Lett., 28, 1799-1802, doi :10.1029/2000GL012467.
Shimano, T., Nishimura, T., Chiga, N., Shibasaki, Y., Iguchi,M., Miki, D. and Yokoo, A. (2013) Development of an
automatic volcanic ash sampling 1 apparatus for active
volcanoes. Bull. Volcanol., 75, 773, doi : 10.1007/s00445013-0773-7.
下鶴大輔 (1965) 日本における火山観測の現状 : 大学，研究所関係．火山，10 周年特集号，129-132.
下鶴大輔 (1975) 火山観測と噴火予知．火山，20 周年特集号，223-228.
下鶴大輔・荒牧重雄・井田喜明 (1995) 火山の事典．朝倉書店，590 p.
篠原宏志 (2005) 火山ガス観測による噴火予知研究の現状と展望．火山，50，S167-S176.
Sparks, R. S. J., Bursik, M. I., Carey, S. N., Gilbert, J. S.,
Glaze, L. S., Sigurdsson, H. and Woods, A. W (1997)
Volcanic Plumes. John Willey & Sons, Chichester, 574 p.
Staudacher, T., Ferrazzini, V., Peltier, A., Kowalski, P.,
Boissier, P., Catherine, P., Lauret, F. and Massin F. (2009)
The April 2007 eruption and the Dolomieu crater collapse,
two major events at Piton de la Fournaise (La Réunion
Island, Indian Ocean). J. Volcanol. Geotherm. Res., 184,126-137, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2008.11.005.
諏訪 彰 (1965) 気象庁による火山観測の沿革と現状．
火山，10 周年特集号，133-138.
諏訪 彰 (1978) 日本の火山活動とその監視．火山，23，
83-89.
Taddeucci, J., Scarlato, P., Capponi, A., Del Bello, E.,
Cimarelli, C. and Palladino, D. M. (2012) High-speed
imaging of Strombolian explosions : The ejection velocity
of pyroclasts. Geophys. Res. Lett., 39, L02301, doi : 10.
1029/2011GL050404.
Takahashi, H., Shibata, T., Yamaguchi, T., Ikeda, R., Okazaki,
N. and Akita, F. (2012) Volcanic strain change prior to an
earthquake swarm observed by groundwater level sensors inMeakan-dake, Hokkaido, Japan. J. Volcanol. Geotherm.
Res., 215-216, 1-7, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2011.11.006.
Takeo, M., Aoki, Y., Ohminato, T. and Yamamoto, M. (2006)

裕

Magma supply path beneath Mt. Asama volcano, Japan.
Geophys. Res. Lett., 33, L15310, doi : 10. 1029/2006GL
026247.
Takeo, M., Maehara, Y. Ichihara, M., Ohminato, T., Kamata,
R. and Oikawa, J. (2013) Ground deformations cycles in amagma-effusive stage, and sub-Plinian and Vulcanianeruptions at Kirishima volcanoes, Japan. J. Geophys. Res.
Solid Earth, 118, 4758-4773, doi : 10.1002/jgrb.50278.
Tameguri, T., Iguchi, M. and Ishihara, K. (2002) Mechanismsof explosive eruptions from moment tensor analyses of
explosion earthquakes at Sakurajima volcano, Japan. Bull.
Volcanol. Soc. Japan, 47, 197-215.
Tanaka, H. K. M., Nakano, T., Takahashi, S., Yoshida, J.,
Ohshima, H., Maekawa, T., Watanabe, H. and Niwa, K.
(2007) Imaging the conduit size of the dome with cosmicray muons : The structure beneath Showa-Shinzan Lava
Dome, Japan. Geophys. Res. Lett., 34, L22311, doi : 10.
1029/2007GL031389.
Tanaka, H. K. M. et al. (2010) Three-dimensional computational axial tomography scan of a volcano with cosmic ray
muon radiography. J. Geophys. Res., 115, B12332, doi : 10.
1029/2010JB007677.
谷口宏充 (1996) 高温流紋岩質溶岩流─水接触型マグマ水蒸気爆発の発生機構．地質学論集，46，149-162.
立尾有騎・井口正人 (2009) 桜島における BL 型地震群発
活動に伴う地殻変動．火山，54，175-186.
Terada, A., Hashimoto, T., Kagiyama, T. and Sasaki, H.
(2008) Precise remote-monitoring technique of water
volume and temperature of a crater lake in Aso volcano,Japan : implications for a sensitive window of a volcanichydrothermal system. Earth Planets Space, 60, 705-710,
doi : 10.1186/BF03353134.
津久井雅志・新堀賢志・川辺禎久・鈴木裕一 (2001) 三宅島火山の形成史．地学雑，110，156-167.
筒井智樹 (2005) 地震学的手法を用いた活火山構造探査の現状と課題．火山，50，S101-S114.
Tuffen, H., Smith, R. and Sammonds, P. R. (2008) Evidence
for seismogenic fracture of silicic magma. Nature, 453,
511-514, doi : 10.1038/nature06989.
Turcotte, D. L., Ockendon, H., Ockendon, J. R. and Cowley, S.
J. (1990) A mathematical model of Vulcanian eruptions.
Geophys. J. Int., 103, 211-217.
宇井忠英・中川光弘・稲葉千秋・吉本充宏・総合観測班
地質グループ (2002) 有珠山 2000 年噴火の推移．火山，47，105-117.
Umakoshi, K., Takamura, N., Shinzato, N., Uchida, K.
Matsuwo, N. and Shimizu, H. (2008) Seismicity associatedwith the 1991-1995 dome growth at Unzen volcano, Japan.
J. Volcanol. Geotherm. Res., 175, 91-99, doi : 10.1016/j.
jvolgeores.2008.03.030.
Umakoshi, K., Itasaka, N. and Shimizu, H. (2011) Highfrequency earthquake swarm associated with the May 1991
dome extrusion at Unzen volcano, Japan. J. Volcanol.
Geotherm. Res., 206, 70-79. doi : 10. 1016/j. jvolgeores.
2011.07.004.
Urai, M. and Ishizuka, Y. (2011) Advantages and challengesof space-borne remote sensing for Volcanic Explosivity

地球物理学的多項目観測から見た噴火過程
Index (VEI) : The 2009 eruption of Sarychev Peak on
Matua Island, Kuril Island, Russia. J. Volcanol. Geotherm.
Res., 208, 163-168.
Vergniolle, S. and Jaupart, C. (1986) Separated two-phaseflow and basaltic eruptions. J. Geophys. Res., 91, 1284212860.
Vergniolle, S. and Jaupart, C. (1990) Dynamics of degassing
at Kilauea volcano, Hawaii. J. Geophys. Res., 95, 27932809.
Vergniolle, S. and Brandeis, G. (1994) Origin of the soundgenerated by Strombolian explosions. Geopyhs. Res. Lett.,
21, 1959-1962.
Vergniolle, S. and Brandeis, G. (1996) Strombolian explosions 1. A large bubble breaking at the surface of a lava
column as a source of sound. J. Geophys. Res., 101,
20433-20447, doi : 10.1029/96JB01178.
Vergniolle, S., Brandeis, G. and Mareschal, J. C. (1996)
Strombolian explosions 2. Eruption dynamics determinedfrom acoustic measurements. J. Geophys. Res., 101, 2044920466, doi : 10.1029/96JB01925.
Voight, B. et al. (1999) Magma flow instability and cyclic
activity at Soufriere Hills volcano, Montserrat, British West
Indies. Science, 283, 1138.
Wadge, G. et al. (2008) Lava dome growth and mass wastingmeasured by a time series of gound-based radar andseismicity observations. J. Geophys. Res., 113, B08210,
doi : 10.1029/2007JB005466.
Waldhauser, F. and Ellsworth, W. L. (2000) A doubledifference earthquake location algorithm : Method and application to the northern Hayward fault, California. Bull. Seismol.
Soc. Am., 90, 1353-1368, doi : 101785/0120000006.
Walker, G. P. L. (1980) The Taupo pumice : Product of themost powerful known (ultraplinian) eruption? J. Volcanol.
Geotherm. Res., 8, 69-94, doi : 10. 1016/0377-0273 (80)90008-6.
Walter, T. R., Legrand, D. Granados, H. D., Reyes, G. andArámbula, R. (2013a) Volcanic eruption monitoring by
thermal image correlation : Pixel offsets show episodic
dome growth of the Colima volcano. J. Geophys. Res., 118,
1408-1419, doi : 10.1002/jgrb.50066.
Walter, T. R., Ratdomopurbo, A, Subandriyo, Aisyah, N,
Brotopuspito, K. S., Salzer, J. and Lühr, B. (2013b) Dome
growth and coulee spreading controlled by surface
morphology, as determined by pixel offsets in photographsof the 2006 Merapi eruption. J. Volcanol. Geotherm. Res.,
261, 121-129, doi : 10.1016/j.jvolgeores.2013.02.004.
Wassermann, J. (1997) Locating the sources of volcanic
explosions and volcanic tremor at Stromboli Volcano (Italy)
using beam-forming on diffraction hyperboloids. Phys.
Earth Planet. Int., 104, 271-281.
Watada, S. and Kanamori, H. (2010) Acoustic resonant
oscillations between the atmosphere and the solid earth
during the 1991 Mt. Pinatubo eruption. J. Geophys. Res.,
111, B12419, doi : 10.1029/2010JB007747.
Widmer, R. and Zürn, W. (1992) Bichromatic excitation of
long-period Rayleigh and air waves by the Mount Pinatubo
and El Chichon volcanic eruptions. Geophs. Res. Lett., 19,

153

8, 765-768.
Wielandt, E. and Forbriger, T. (1999) Near-field seismic
displacement and associated with the explosive activity ofStromboli. Ann. Geofisica, 42, 407-416.
Wilson, L. (1980) Relationships between pressure, volatile
content and ejecta velocity in three types of volcanic
explosion. J. Volcanol. Geotherm. Res., 8, 297-313.
Wilson, L. and Head, J. W. (1981) Ascent and eruption ofbasaltic magma on the Earth and Moon. J. Geophys. Res.,86, 2971-3001.
Woods, A. W. and Kienle, J. (1994) The dynamics andthermodynamics of volcanic clouds : Theory and observations from the April 15 and April 21, 1990 eruptions ofRedoubt volcano, Alaska. J. Volcanol. Geotherm. Res., 62,
273-299, doi : 10.1016/0377-0273 (94) 90037-X.
八幡正弘 (2002) 有珠火山 2000 年噴火におけるマグマ水
蒸気-水蒸気爆発による破砕深度とその時間的変化．
火山，47，263-278.
Yamamoto, M., Kawakatsu, H., Kaneshima, S., Mori, T.,
Tsutsui, T., Sudo, Y. and Morita, Y. (1999) Detection of acrack-like conduit beneath the active crater at Aso volcano,Japan. Geophys. Res. Lett., 26, 3677-3680, doi : 10.1029/
1999GL005395.
Yamamoto, M., Kawakatsu, H., Yomogida, K. and Koyama, J.
(2002) Long-period (12 sec) volcanic tremor observed at
Usu 2000 eruption : Seismological detection of a deep
magma plumbing system. Geophys. Res. Lett., 29, 1329,
doi : 10.1029/2001GL013996.
山本眞紀・他 (2005) 2004 年浅間山噴火に先行する特異な長周期地震活動．火山，50，393-400.
山里 平 (2005) 近代火山観測の歴史─気象庁の監視観測を中心に─．火山，50，S7-S18.
山里 平・宮村淳一・森 博一・碓井勇二・佐久間喜代
志・渡辺精久・佐藤十一・高橋悠治・坂井孝行 (2002)
空振データから見た 2000 年有珠山の噴火活動．火山，
47，255-262.
Yokoo, A. (2009) Continous thermal monitoring of the 2008
eruptions at Showa crater of Sakurajima volcano, Japan.
Earth Planets Space, 61, 1345-1350.
Yokoo, A. and Ishihara, K. (2007) Analysis of pressure waves
observed in Sakurajima eruption movies. Earth Planets
Space, 59, 177-181.
Yokoo, A. and Iguchi, M. (2010) Using infrasound waves
from eruption video to explain ground deformation
preceding the eruption of Suwanosejima volcano, Japan. J.
Volcanol. Geotherm. Res., 196, 287-294, doi : 10. 1016/j.
jvolgeores.2010.08.008.
横尾亮彦・宮縁育夫 (2015) 2014 年 11 月から始まった阿蘇火山中岳第一火口の噴火活動．火山，60，275-278.
Yokoo, A., Tameguri, T. and Iguchi, M. (2009) Swelling-up
of lava plug associated with Vulcanian eruption at
Sakurajima volcano, Japan, as revealed by infrasoundrecord-Case study on eruption on January 2, 2007-．Bull.
Volcanol., 71, 619-630.
Yokoo, A., Iguchi, M., Tameguri, T. and Yamamoto, K.
(2013) Processes prior to outbursts of Vulcanian eruption at
Showa crater of Sakurajima volcano. Bull. Volcanol. Soc.

154

中道治久・青山

Japan, 58, 163-181.
Yokoo, A., Suzuki, Y. J. and Iguchi, M. (2014) Dual infrasound sources from a Vulcanian eruption of Sakurajima
volcano inferred from cross-array observation. Seismol.
Res. Lett., 85, 1212-1222, doi : 10.1785/0220140047.
吉田邦一・笹谷 努・一柳昌義・大島弘光・田村 慎 (2002)
2000 年有珠山噴火活動に伴う低周波地震．火山，47，507-519.
吉本充宏・他 (2005) 浅間山 2004 年噴火の噴出物の特徴と降灰量の見積もり．火山，50，519-533.
Young, S. R., Sparks, R. S. J., Aspinall, W. P., Lynch, L. L.,
Miller, A. D., Robertson, R. E. A. and Shepherd, J. B.
(1998) Overview of the eruption of Soufriere Hills volcano,Montserrat, 18 July 1995 to December 1997. Geophys. Res.
Lett., 25, 3389-3392.
Zobin, V. M., Navarro-Ochoa, C. J. and Reyes-Dávila, G. A.
(2006 a) Seismic quantification of the explosions that
destroyed the dome of Volcán de Colima, Mexico, in July-

裕

August 2003. Bull. Volcanol., 69, 141-147, doi : 10.1007/
s00445-006-0060-y.
Zobin, V. M., Navarro, C., Reyes-Dávila, G., Orozco, J.,
Bretón, M., Tellez, A., Reyes-Alfaro, G. and Vázquez, H.
(2006b) The methodology of quantification of volcanic
explosions from broad-band seismic signals and its
application to the 2004-2005 explosions at Volcán de
Colima, Mexico. Geophys. J. Int., 167, 467-478, doi : 10.
1111/j.1365-246X.2006.03108.x.s
Zobin, V. M., Reyes, G. A., Guevara, E. and Bretón, M.
(2009) Scaling relationship for Vulcanian explosions
derived from broadband seismic signals. J. Geophys. Res.,
114, B03203, doi : 10.1029/2008JB005983.
Zobin, V. M., Bretón, M. and Navarro, C. (2014) Similarity inseismic source scaling relations for tectonic and volcanic
processes. Phys. Earth Planet. Int., 231, 65-73, doi : 10.
1016/j.pepi.2014.03.007.
（編集担当

青木陽介）