[S-VC26] 活動的⽕⼭

[SVC26-18] 火山の透水性評価のための土壌拡散水銀放出率測定

*寺田 暁彦¹、髙橋 祐希¹ (1.東京工業大学科学技術創成研究院多元レジリエンス研究センター火山・地震部門)

キーワード：気体単体水銀、側噴火、水蒸気噴火、透水係数、草津白根火山

火口の外側で突然発生する側噴火は防災上の脅威であり，その発生場所を事前予測しておくことは地域社会にとって重要である．水銀などを含むマグマガスが地下から浅部へと上昇する際，断層などの透水係数の高い領域を選択的に通過すると考えられる．そのため，地表面から放出される水銀の空間分布を測定することで，側噴火発生場所を支配する地中の透水性を検討できる可能性がある．しかし，地表面付近における水銀放出機構は未解明である．例えば，水銀放出率が顕著に日変動することが知られており，その背景はよく理解されていない．

本研究では，一般的な土壌ガス観測手法に加えて，周辺大気に存在する僅かな水銀の影響を防ぐための工夫を行い，土壌水銀放出率および地温の連続観測を複数回にわたって実施した．いずれの測定でも，水銀放出率 φ の対数値（ln φ）は地表面付近の温度 T_c の逆数（T_c^‐1）に対して楕円状の関係が得られた．この関係は，他に実施した4回のいずれの測定も同様であるが，先行研究には認められない結果である．観測データを検討した結果，φ は T_c に対して時間遅れして変化していることが分かった．すなわち，水銀測定よりも Δt (s) 前に測定された T_c を参照すると，ln φ は T_c^‐1 に対して直線的な関係となる．これは，一般にアレニウス相関と呼ばれ，先行研究から示唆されている議論に一致する．

そのような時間遅れを実現する機構の一つとして，地表温度変化に遅れて変化する地中温度が水銀放出を支配していると考える．そこで，水銀放出を支配する深度を見積もった．そのために必要な土壌の温度拡散率は，熱伝導方程式および地中温度変化の実測から計算できる．その結果，地表下の約 20 mm 前後の温度変化に φ が対応していることが分かった．このとき，直線の傾きに対応する活性化エネルギー E_a は 60±20 kJ/mol と見積もられ，これは，水銀蒸発エンタルピー 59.1 kJ/mol に矛盾しない．以上のことは，地表からの水銀放出が，地下約 20 mm 前後における水銀の蒸発に支配されていることを示唆する．この深さは，気温に起因する地中温度変化の影響が大きい一方で，日射に起因する光還元の効果が及ばない深さである．観測された φ を，同時測定した地中温度に基づき補正することで，火山における水銀放出率の時間・空間変化の詳細を示すことが可能である．すなわち，本研究は火山のおける浅部透水構造の推定や，地下の温度モニタリングに資するものである．