トンガの歴史的な火山噴火は、津波が陸地を襲う時期を予測するのに役立つかもしれない

1月15日、南太平洋の海底火山が大噴火を起こし、島嶼国トンガに壊滅的な被害を与え、世界中に津波を引き起こし、遠くアラスカまで聞こえるほどの衝撃音を生み出した。

この爆発は陸、海、空に設置された多数のセンサーによって捉えられた。2つの科学者グループがこのデータの分析結果を5月12日にサイエンス誌に発表した。

研究チームの1つは、今回の噴火による圧力波は、1883年にインドネシアで起きたクラカタウ火山の大噴火の圧力波と同等の規模であると結論付けた。この噴火では、高さ50マイルに達する火山灰の雲が噴出し、ピーク時には2200マイル離れた場所でも爆発音が聞こえた。もう1つのグループは、圧力波がどのようにして津波を予想より数時間早く遠方の海岸に到達させたのかを研究した。この情報は、科学者が噴火の背後にあるプロセスをより深く理解し、津波早期警報システムを改善するのに役立つ可能性があると研究者らは述べている。

「現代のデジタル時代では、このようなことは起きていません」と、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の地球物理学者で、論文の共著者でもあるロビン・マトザ氏は言う。「本当に注目すべき出来事です。」

アリゾナ州立大学の気象学者であり、国連世界気象機関の気象と気候の極端現象に関する報告者でもあるランディ・セルベニー氏は、この2つの論文を「魅力的な研究」と評した。

「現在私たちが持っている情報が増えれば増えるほど、そしてその入手可能な情報の継続的な分析によって、将来このような信じられないほどの規模の噴火が起きた場合に、よりよく備えられるようになると期待しています」と彼は電子メールで述べた。

この騒動の原因となっている火山は、トンガ最大の島トンガタプ島から40マイル離れたところにある。直径約12マイルで、頂上には幅3マイルのカルデラがあり、2つの「縁」が水面上に突き出ている。フンガ火山は2009年から2015年にかけて、小規模な噴火を数回経験した。昨年12月からはより激しい噴火が続き、1月15日の大噴火で最高潮に達し、灰の雲が上空20マイル以上まで吹き上がった。

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17か国の研究者からなるマトザ氏のチームは、強力な噴火によって放出された圧力波を調査した。チームは、地震計、ブイ式圧力センサー、水中聴音器、気象衛星、地球の大気圏を通過する電波の曲がり具合を記録する機器などからの測定値をまとめた。

研究者らは特にラム波に注目した。ラム波は地球の表面に沿って音速とほぼ同じ速度で伝わる低周波の擾乱である。セルベニー氏はこの現象を揺れるデザートの挙動に例える。

「例えばゼリーの巨大な容器の底で爆発が起こったとしたら、圧縮されたゼリーの圧力の波紋が爆発現場から水平方向にどのように広がるか考えてみてください」と彼は語った。

ラム波は通常、大気圏の深度全体に広がるため、研究者は地上と衛星の両方に設置したさまざまなセンサーで追跡できると、パサデナにあるNASAジェット推進研究所の航空宇宙エンジニアで論文の共著者でもあるシッダールト・クリシュナモーシー氏は述べた。「ここで観測したラム波の振幅は被害を引き起こすほど大きくなかったが、大気圏での波の伝播と噴火自体の特徴を理解するのに役立つ」と同氏は電子メールで述べた。

彼と共同研究者は、フンガ火山の噴火で発生したラム波が非常に強力で、6日間にわたって地球を何度も周回したことを観測した。研究チームは、この波は大きさと移動距離において1883年の悪名高いクラカタウ火山の噴火と同等であり、1980年のセントヘレンズ山の噴火で発生した波の10倍以上であると結論付けた。

「2022年1月のフンガ火山の噴火が実際にどれほど激しかったかを示している」とセルベニー氏は語った。「もしフンガの噴火が主に海抜ゼロメートル地帯で起きていたら（クラカタウの噴火のように）、その影響は150年近く見られなかったものになっていただろう」

クラカタウ火山の隆起は世界中に設置された約 50 台の気象気圧計で記録されたが、フンガ火山の噴火は数千のセンサーで記録された。これにより、科学者たちはこの規模の爆発に関する「前例のない」世界規模のデータセットを手に入れたとマトザ氏は言う。今後、彼と同僚たちは、世界中の科学者以外の人々が所有する家庭用気象観測所のデータを活用して、フンガ火山の噴火に関する理解を深めたいと考えている。

「この追加データをすべて収集して、この波動場の特性をさらに詳しく調べる可能性がここにはある」と彼は言う。

津波の大半は地震によって発生する。早期警報システムはこの種の波に基づいており、その到達時間を数分以内で予測できると、フランス、ヴァルボンヌのコートダジュール天文台の地球物理学者で、マトザ氏のチームのもうひとりのメンバーであるルーシー・ロランド氏は述べた。しかし、フンガ火山の噴火によって発生した津波は大きく異なり、第一波は通常より2時間以上早く到達した。津波には、米国西海岸に到達した高さ4フィートの波も含まれていた。

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2番目の論文では、日本の研究者らが数学的シミュレーションを用いて、噴火によって発生したラム波がその後の津波にどのような影響を与えたかを調査した。研究チームは分析にあたり、気圧計、海底圧力センサー（頭上を通過する津波を検知する）、世界中の沿岸潮位計のデータを活用した。

記録によると、最初の津波は秒速約300メートル（時速671マイル）の速度で移動した。その後に秒速約200～220メートル（時速447～492マイル）の波が続き、これは地震に伴う津波に予想される典型的な速度と一致していると、日本・つくば市にある防災科学技術研究所の地震学者、久保田達也氏は述べた。これらの擾乱は3日間以上続き、地震による津波よりもはるかに長かった。

久保田氏と共同研究者らは、ラム波が主要な津波を引き起こし、太平洋海底の地形がこれらの波を分散させて、その後の長時間にわたる津波を発生させたことを発見した。火山性津波の特性により、地震による津波よりも複雑で予測が難しいと研究チームは結論付けた。

「重要な意味合いの一つは、火山学と気象学の知識を津波科学に取り入れる必要があるということだと思います」と久保田氏は電子メールで述べた。

ローランド氏は、彼女のチームの研究は、高速で移動するラム波の脈動が異常な津波の原因となったことも示唆していると指摘した。

「発生源に関する正しい知識が欠如していたため、運用中の津波早期警報システムは津波の脅威について不正確な評価を提供した」と彼女は電子メールで述べた。「したがって、根本的な物理的メカニズムを理解し、これらの特異な観察を十分に説明し、爆発的な火山噴火の場合に早期警報システムの手順を適応させることが最も重要である」