「浮力のある」マグマが火山の力についての手がかりを与える

地表から約12マイル下で沸騰している溶岩を研究することで、科学者は火山活動の予測精度を高めることができるかもしれない。5月10日にサイエンス・アドバンス誌に掲載された研究によると、岩石が最初に溶けて液体のマグマになる地下の貯留層は、噴火の爆発性を予測するのに役立つかもしれない。火山噴火の予測精度が高まれば、人命を救うことができるかもしれない。人々に危険から逃れるための時間を与えます。

より深いマグマ

噴火がいつ起こるかを予測することは、科学者にとってまだかなり困難です。火山は長い間同じ行動を示すことはありません。噴火の歴史の多くは、人類が存在する前にまで遡るため、噴火間隔を追跡することは困難です。噴火は通常、火山の活動とその下の地殻の上部数マイルに基づいて予測されます。この地殻層には、噴火する可能性のある溶融岩が含まれています。しかし、より深いマグマ溜まりの活動は、それほど研究されていません。

地下深くにあるマグマ溜まりについてさらに詳しく知るために、インペリアル・カレッジ・ロンドンとブリストル大学の研究チームは、世界中の火山噴火の頻度、構成、規模を研究した。研究チームは、アルゼンチン、チリ、エルサルバドル、インドネシア、日本、ニュージーランド、ニカラグア、ロシア、米国の9か国で最も爆発的な火山噴火60件のデータを検討した。

[関連:火山学者がマグマの爆発の原因を説明]

「私たちは世界中の火山を調査し、噴火前にマグマが蓄えられている浅い地下の空洞に焦点を当てた以前の研究よりも深く掘り下げました」と、研究の共著者でインペリアル・カレッジ・ロンドンの地質学者キャサリン・ブースは声明で述べた。「私たちは、足元深くにあるマグマ源の貯留層を理解することに焦点を当てました。そこでは、極度の熱によって固い岩石がマグマに溶け、深さ約10～20キロメートル（6.2～12.4マイル）にあります。」

科学者たちは、この地球規模のデータを高度なコンピューターモデルと組み合わせて、地殻の深部にある岩石の組成、構造、歴史を詳しく調べました。科学者たちは、活火山から収集した情報と比較し、マグマが地殻を通って火山に上昇する前に、地下深部でどのように蓄積され、どのように挙動するかをより深く理解しました。

浮力のあるマグマ

研究者たちはこのデータを使って、地球深部におけるマグマの流れと貯蔵の複雑なプロセスを模倣するコンピューターシミュレーションを作成した。このシミュレーションを通じて、研究者たちは噴火を引き起こしている可能性のある重要な要素である浮力について新たな知見を得た。

「これまでの考えに反して、私たちの研究は、噴火を引き起こすのは固体と溶融岩の割合ではなく、マグマの浮力であることを示唆しています」とブース氏は述べた。「マグマの浮力は、周囲の岩石と比較したマグマの温度と化学組成によって制御されます。マグマが蓄積するにつれて、その組成が変化して密度が低くなり、より『浮力』が増して上昇できるようになります。」

マグマが浮力を得て浮上すると、上昇して上部の固い岩石に亀裂が生じます。そして、その亀裂をマグマが猛烈に流れて噴火を引き起こします。

マグマの挙動

研究チームは、マグマの浮力が火山噴火を引き起こす重要な要因であると特定したことに加え、噴火直前にマグマがより浅い地下の空洞に到達したときにマグマがどのように挙動するかについても調査した。研究チームによると、マグマがここでより長く貯蔵されると、噴火はより小規模になるという。

[関連:ガラパゴス諸島の火山が海に溶岩を噴出]

より大きな貯留層は、より大規模で爆発的な噴火を引き起こすことが予想されるが、この研究では、これらの大きな貯留層はより多くの熱を分散させることがわかった。この分散により、固体の岩石が溶融して液体のマグマになるプロセスが遅くなる。研究チームは、貯留層の大きさが、噴火の規模をより正確に予測するためのもう1つの鍵であると考えている。

研究では、噴火が単独で起こることはめったにないことも判明した。噴火はむしろ、活動の繰り返しサイクルの一部である。研究対象となった火山から噴出したマグマにはシリカも多く含まれていた。この天然化合物は、マグマの粘性、つまり粘着性、爆発性を決定する役割を果たすことが知られている。シリカを多く含むマグマは粘性が高く、より激しい噴火を引き起こす傾向がある。

「火山活動の背後にあるプロセスについての理解を深め、噴火を制御する要因を明らかにするモデルを提供することで、私たちの研究は、これらの強力な地質学的現象のより良い監視と予測に向けた重要な一歩となる」と、研究の共著者でインペリアル・カレッジ・ロンドンの地質学者マット・ジャクソン氏は声明で述べた。