トンガの噴火はいかにして地球に「鐘のように」鳴らしたか

2022年1月15日、トンガのフンガ・トンガ・フンガ・ハアパイ火山が爆発し、はるか北はアラスカまで聞こえた衝撃音が発生したとき、科学者たちは自分たちが歴史を目撃していることを即座に悟った。

「地球物理学的記録において、これはこれまでに記録された中で最大の自然爆発だ」とカリフォルニア大学サンタクルーズ校の地球物理学者リッキー・ガルザ・ジロン氏は言う。

また、太平洋を横切る津波が発生し、ペルーで2人が死亡しました。一方、この災害はトンガを壊滅させ、同諸島で4人が死亡しました。悲劇ではありますが、専門家は、この規模の災害によりさらなる犠牲者が出ると予想していました。では、なぜそうならなかったのでしょうか。

確かに、トンガの災害対策は大いに評価に値する。しかし、本日サイエンス・アドバンス誌に発表された研究によると、噴火そのものの性質と、それが引き起こした津波がトンガの島々に広がった経緯も、トンガを最悪の事態から救ったという。 研究チームは、現地観察とドローンや衛星データを組み合わせることで、シミュレーションを通じてこの出来事を再現することができた。

これは、科学者たちが今回の噴火がトンガと全世界に与えた影響を研究した、また別の方法だ。数時間にわたって、火山の噴煙はトンガとその周辺の海域を、地球上の他のどの場所よりも多くの雷で包み込んだ。噴火によって上空に噴き出した水蒸気は、成層圏の水蒸気量を約 10 パーセント増加させるほどだった。

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この噴火は地面、水、空気に衝撃波をもたらした。ガルザ・ヒロン氏と彼の同僚がそれらの波を測定したところ、この噴火は1980年のセントヘレンズ山の噴火よりも桁違いに大きなエネルギーを放出したことがわかった。

「それは文字通り地球に鐘を鳴らした」とフロリダ州マイアミ大学とハレド・ビン・スルタン・リビング・オーシャンズ財団の地質学者サム・パーキス氏は言う。パーキス氏はこの新しい論文の第一著者である。

シミュレーションの目的は、起こり得る出来事の経過を示すことだ。パーキス氏と同僚は、まずタイムラインを設定した。科学者たちは、火山が複数の爆発を連続して起こしたことに同意しているが、いつ、何回起こったかは意見が一致していない。目撃者の証言を潮位計の測定値で裏付け、研究チームは、5 回の爆発がそれぞれ着実に強さを増し、クライマックスの 5 回目の爆発は水素爆弾に相当する 15 メガトンに達したと推測している。

次に、著者らは、これらの爆発が海洋にどのような影響を与えたか、そして爆発によって発生した波がトンガの他の島々を襲ったときの恐ろしさをシミュレーションした。シミュレーションでは、噴火地点の北東約55マイルにあるトフア島が最も被害が大きく、高さ100フィートを超える波に見舞われた可能性があることが示唆されている。

しかし救いがある。トフアには人が住んでいないのだ。シミュレーションは、トンガの首都で最大の都市であるヌクアロファが津波の被害を免れた理由も説明する。ヌクアロファは噴火現場からわずか40マイル南に位置し、津波の被害ははるかに小さかったようだ。

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研究チームは、地形が原因の一部であると考えている。トフアは火山カルデラで、水深が深く、海岸が険しく、津波の襲来を防ぐ力はない。一方、ヌクアロファは浅瀬とラグーンに囲まれているため、津波による水の移動量は少ない。サンゴ礁も津波からこの都市を守るのに役立った可能性がある。

研究者たちはサンゴ礁が津波を和らげると信じていたが、それを証明する現実世界のデータはなかったとパーキス氏は言う。「数十メートルの高さの波がサンゴ礁にぶつかるという現実世界のケーススタディはないのです」とパーキス氏は言う。

フンガ・トンガ・フンガ・ハアパイよりも激しい火山噴火は確かに知られている。例えば、1815年のタンボラ火山（「夏のない年」を引き起こしたことで有名）や1883年のクラカタウ火山などだ。しかし、それらは、地球物理学者が今日使用できるセンサーと衛星の世界規模のネットワークを展開し始めた1960年代以前に発生した。

最終的に、この噴火は「幸運な脱出」をもたらしたと研究著者らは書いている。噴火は極めて特異な状況下で起きた。噴火当時、トンガは新型コロナウイルスの影響で国境を閉鎖しており、島を訪れる海外からの観光客の数が減少していた。科学者らは、これが死者数が少なかったもう一つの理由だと考えている。しかし、同じ国境閉鎖により、科学者らはデータを入手するのを待たなければならなかった。

この論文が噴火から15カ月後に発表されたのも、そのためだ。他の科学者らは以前にも津波のシミュレーションを行っていたが、パーキス氏らは地上からのデータでシミュレーションを補強した。これにより時系列を再現できただけでなく、トンガ沿岸の100か所以上の地点で測定されたデータでシミュレーションを裏付けることにも役立った。

研究チームは、この噴火は地球の活動の「自然の実験室」としての役割を果たしていると主張している。この津波を理解することで、人間は津波から身を守る方法を計画するのに役立つだろう。フンガ・トンガ・フンガ・ハアパイのような火山は他にもたくさんあり、海底にある火山は、時期を間違えて噴火すると沿岸地域に壊滅的な被害を与える可能性がある。

ガルザ・ヒロン氏は、今回の新たな研究結果を、自身の研究など地震活動に関する過去の研究、さらには海の音などの他のデータソースと比較することで、その日に何が起こったのかをより完全に把握できる可能性に期待を寄せている。

「大気、海洋、固体地球が確実に相互作用し、地球が全体として機能しているのを見ることはめったにありません」とガルザ・ヒロン氏は言う。「私にとって、それがこの噴火で最も興味深いことの一つでした。」