[S-VC29] 火山の熱水系

[SVC29-11] しかべ間歇泉で観測された噴出周期の特徴と長期的な周期変化要因の推定

*柘植 鮎太¹、青山 裕² (1.北海道大学大学院理学院　地震火山研究観測センター、2.北海道大学大学院理学研究院　附属地震火山研究観測センター)

キーワード：間欠泉、噴出周期変化

間欠泉の噴出周期は必ずしも規則的ではなく，bimodalな頻度分布を示したり，カオス的に振る舞う場合がある．また，周期は短期的・長期的な時間スケールで変化する．例えば，イエローストーン国立公園のOld Faithful geyserの周期は1800年代では頻度分布が正規分布に従うような一定の周期を示していたが，次第にbimodalな頻度分布に変化したことが知られている（Rinehart, 1969）．また，イエローストーン国立公園にあるいくつかの間欠泉の周期は，河川流量や降水量に影響を受けて変化する可能性が指摘されている（Hurwitz et al., 2008）．しかし，周期変化の要因については，統計的な議論に偏っており，周期を支配する物理パラメータ（例えば，静止水頭）が定量的に理解されていない．

そこで，本研究では，間欠泉の噴出周期変化のメカニズムを理解するために，北海道南部にあるしかべ間歇泉で連続観測を2019年11月26日〜2020年2月24日（前半期間），2020年7月8日〜11月4日（後半期間）の期間で実施した．しかべ間歇泉の間欠サイクルは温泉水が口元から湧出していない休止時間，温泉水が口元から静かに湧出する湧出時間，温泉水が激しく噴出する噴出時間から成る．周期は口元に取り付けられた測温抵抗体のデータから湧出開始点間の時間として計測した．さらに，空振波形を用いると噴出開始時間と噴出終了時間を大まかに特定できるため，周期を休止時間，湧出時間，そして噴出時間の3つの時間に区別してそれぞれの時間変化や相対的な関係を調査した．

前半期間では平均周期は約12.5分から約14.3分まで増加し，その増加率は徐々に減少する変化を示した．また，周期は平均値の周辺に分布する安定的なモードもあれば，平均値から大きくばらつく不安定なモードも発生する．特に不安定モードは長い噴出が生じた後，次のイベントで休止時間と湧出時間が増加し，さらに次のイベントで休止時間が減少するという一連のパターンを持つ．後半期間は前半期間とは異なり，平均周期は約11分に減少し，また二重周期に変化した．二重周期における休止時間，湧出時間，噴出時間は平均値の周辺を交互に行ったり来たりする振り子のような振る舞いを示す．

前半期間における平均周期の増加の要因を理解するために，同期間の休止時間，湧出時間，噴出時間の時系列を調査すると，休止時間と湧出時間が増加していた．この事実から，前半期間の周期変化要因は温泉水供給率の低下，すなわち静止水頭の低下にあると考えた．続いて，ダルシーの法則に基づく井戸内の水位上昇の式を用いて周期のモデル式を構築し，周期の観測値を最もよく説明する静止水頭変化を計算した．計算の結果，前半期間の周期変化は約0.7mの静止水頭の低下で説明できることがわかった．これまで，間欠泉の周期変化要因の一つとして帯水層の圧力変化が指摘されていたが（Hurwitz et al., 2008; Kiryukhin, 2016），本研究の結果は周期のモデル式から帯水層圧力の変化量を推定することができた点で重要である．

しかべ間歇泉で観測された長期的な噴出周期増加を引き起こし得る要因は，温泉地域全体の帯水層圧力の低下や近傍温泉の揚湯量増加による影響，また季節変化などが考えられる．これらの要因は局所的・広域的な温泉帯水層の圧力低下，すなわち静止水頭の低下として考えることができる．ただし，観測データが1年程度しかなく，周囲温泉の情報を把握できていないため，具体的に要因を区別するには至っていない．そのため，今後は数年間観測を継続するだけでなく，近傍の温泉の利用状況や湧出量変化などの情報も把握する必要があるだろう．