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[SVC31-P18] 約800km離れた2点地震計記録と衛星画像解析による2022年1月のフンガトンガ＝フンガハアパイ火山の噴火過程解明
キーワード：火山噴火、フンガトンガ=フンガハアパイ、火山性地震、火山モニタリング、噴火推移
浅海で発生する大規模噴火は火山災害のリスクが高いが、大規模な噴火自体稀な現象である。そこで、まず起こった噴火に関しての詳細な理解とその解釈が、将来の噴火に対しても重要となる。本研究は2022年1月15日04:00(以降すべてUTC)頃、トンガ王国の浅海に火口を持つフンガトンガ＝フンガハアパイ(HTHH)火山において発生した大規模噴火を対象とする。
すでに、人工衛星画像や、世界中で捉えられた様々な観測データを用いて大噴火の発生やそれに伴う波動の時空間発展が明らかにされてきた。Ichihara et al. (2022, JpGU)は、フィジーの地震計と気圧計のデータを統合解析し、大噴火前後の微細な変動の推定を試みている。その結果、1月13日 15:00から22時間程度継続的噴火が続き(Phase1)、1月14日 20:00頃まで小規模な散発的な噴火が起こった後(Phase2)、1月15日 04:00ごろからの大規模な主噴火に推移していった(Phase3)と報告した。しかし、一つの観測点のみでは対象火山からの信号を識別するのに限界があった。本研究は、火山から同程度の距離の二か所の地震計データを比較し、衛星画像のさらに詳細な観察を加えることで噴火とそれ以外の信号の切り分けを行い、新たな事象の発見や一連の噴火推移を明らかにすることを目的とする。
使用するデータは、火山の位置を中心とした600km四方のひまわり8号の衛星画像（情報通信研究機構（NICT）からダウンロードし，地震研究所において処理を行ったもの）、フィジー(MSVF・噴火口から758km)およびウォリスフツナ(FUTU・同752km)の地震計上下動データである。地震計データはIRIS Web Servicesよりダウンロードし、計測器の応答を補正した後に0.15 Hz以下のローパスフィルターをかけ、1 Hzサンプリングのデータとした。
まず、1月15日 04:14:45にHTHHにおいて発生したM5.8地震(USGS地震カタログ)の到着時間をそろえるためFUTUのデータを20s後ろにずらした。そして空振による影響が少ない0.04-0.08 Hzについて上下速度の振幅二乗平均根を60 sの時間窓で4 sずつずらして計算し、両者を比較した。その結果、確実に今回の噴火起源だとわかっている振動について、すべてFUTUの方がMSVFよりも0~20 s(実時間差は20~40 s)早く振動が始まっていた。これより、グラフ上のFUTUとMSVFの振幅立ち上がりの差(dt)が0~20 sであれば確実に噴火起源、その前後20 s以内に収まっていれば噴火起源の可能性があり、それ以上の差があれば噴火起源ではない、として地震の発生起源を区別した。また、衛星データを画像処理して変化を見やすくし、新たな噴出がみられる時刻をリスト化した。
先行研究では、1月14日 20:00以降の噴火は風ノイズが大きく散発的噴火は確認されていなかった。また、Cronin et al. (2023, IAVCEI)は1月15日02:57に小噴火があったことを指摘し、主噴火の端緒と考えた。これに対し本研究では、主噴火前日20:00から主噴火の間に多数の小噴火を衛星画像から見出した。そして、02:57の小噴火に対して明瞭な地震振幅は確認できず、Phase2の散発的噴火の域を出るようなものではないことから、これを主噴火の端緒とするのは適当ではないと判断した。一方で、03:47には地震波の振幅が両観測点でほぼ同時に(dt = 9 s)に増加し、振幅も大きいことからこちらが主噴火の前駆現象と考えられる。HTHHからの地震波伝播時間を約3分として、その発生時間は03:44頃となる。噴火直後に国内の津波調査や聞き取り調査を行った報告書(Borrero et al., 2022)では、噴火開始時刻が03:47とされているがその根拠は明記されていない。上記前駆現象とともに何らかの擾乱が発生し、周辺住民に検知された可能性がある。また、主噴火の推移も二観測点を比較することで、噴火起源の地震波振幅増加を識別した。その一部については、対応すると考えられる激しい噴出があることを衛星画像によっても確認することができた。
今後は、より定量的な地震振動の起源判断と、衛星画像による大気波動の詳細な抽出に取り組み、HTHH火山大噴火発生メカニズムや推移モデルに制約を与えることを目指す。
すでに、人工衛星画像や、世界中で捉えられた様々な観測データを用いて大噴火の発生やそれに伴う波動の時空間発展が明らかにされてきた。Ichihara et al. (2022, JpGU)は、フィジーの地震計と気圧計のデータを統合解析し、大噴火前後の微細な変動の推定を試みている。その結果、1月13日 15:00から22時間程度継続的噴火が続き(Phase1)、1月14日 20:00頃まで小規模な散発的な噴火が起こった後(Phase2)、1月15日 04:00ごろからの大規模な主噴火に推移していった(Phase3)と報告した。しかし、一つの観測点のみでは対象火山からの信号を識別するのに限界があった。本研究は、火山から同程度の距離の二か所の地震計データを比較し、衛星画像のさらに詳細な観察を加えることで噴火とそれ以外の信号の切り分けを行い、新たな事象の発見や一連の噴火推移を明らかにすることを目的とする。
使用するデータは、火山の位置を中心とした600km四方のひまわり8号の衛星画像（情報通信研究機構（NICT）からダウンロードし，地震研究所において処理を行ったもの）、フィジー(MSVF・噴火口から758km)およびウォリスフツナ(FUTU・同752km)の地震計上下動データである。地震計データはIRIS Web Servicesよりダウンロードし、計測器の応答を補正した後に0.15 Hz以下のローパスフィルターをかけ、1 Hzサンプリングのデータとした。
まず、1月15日 04:14:45にHTHHにおいて発生したM5.8地震(USGS地震カタログ)の到着時間をそろえるためFUTUのデータを20s後ろにずらした。そして空振による影響が少ない0.04-0.08 Hzについて上下速度の振幅二乗平均根を60 sの時間窓で4 sずつずらして計算し、両者を比較した。その結果、確実に今回の噴火起源だとわかっている振動について、すべてFUTUの方がMSVFよりも0~20 s(実時間差は20~40 s)早く振動が始まっていた。これより、グラフ上のFUTUとMSVFの振幅立ち上がりの差(dt)が0~20 sであれば確実に噴火起源、その前後20 s以内に収まっていれば噴火起源の可能性があり、それ以上の差があれば噴火起源ではない、として地震の発生起源を区別した。また、衛星データを画像処理して変化を見やすくし、新たな噴出がみられる時刻をリスト化した。
先行研究では、1月14日 20:00以降の噴火は風ノイズが大きく散発的噴火は確認されていなかった。また、Cronin et al. (2023, IAVCEI)は1月15日02:57に小噴火があったことを指摘し、主噴火の端緒と考えた。これに対し本研究では、主噴火前日20:00から主噴火の間に多数の小噴火を衛星画像から見出した。そして、02:57の小噴火に対して明瞭な地震振幅は確認できず、Phase2の散発的噴火の域を出るようなものではないことから、これを主噴火の端緒とするのは適当ではないと判断した。一方で、03:47には地震波の振幅が両観測点でほぼ同時に(dt = 9 s)に増加し、振幅も大きいことからこちらが主噴火の前駆現象と考えられる。HTHHからの地震波伝播時間を約3分として、その発生時間は03:44頃となる。噴火直後に国内の津波調査や聞き取り調査を行った報告書(Borrero et al., 2022)では、噴火開始時刻が03:47とされているがその根拠は明記されていない。上記前駆現象とともに何らかの擾乱が発生し、周辺住民に検知された可能性がある。また、主噴火の推移も二観測点を比較することで、噴火起源の地震波振幅増加を識別した。その一部については、対応すると考えられる激しい噴出があることを衛星画像によっても確認することができた。
今後は、より定量的な地震振動の起源判断と、衛星画像による大気波動の詳細な抽出に取り組み、HTHH火山大噴火発生メカニズムや推移モデルに制約を与えることを目指す。