[S-VC34] 火山の監視と活動評価

[SVC34-09] 濃度時系列データに基づく火口湖底活動の定量的評価と濃度変動予測モデル－草津白根山・湯釜火口湖への適用－

*寺田 暁彦¹、鈴木 レオナ¹、谷口 無我²、大場 武³ (1.東京工業大学火山流体研究センター、2.気象庁気象研究所、3.東海大学理学部化学科)

キーワード：火口湖、火山噴火危機、火山監視、草津白根火山

火口湖を有する世界中の火山において，火山活動評価や浅部熱水系を化学的に検討するために定期的な湖水採取が行われている．しかし，湖岸で採取される湖水試料は，湖底から湧き出している流体の化学組成とは必ずしも一致しない．例えば，湖体積が大きい場合，湖底活動の変化に湖が応答するまでに顕著な時間遅れが生じる場合がある．また，降水や蒸発，漏水などの様々な要因で湖水の成分濃度が変化すると考えられる．そこで，火山 unrest や静穏期を想定し，湖水の成分濃度Cの時間変動に関する簡単な数値モデルを構築し，湖底から湧き出る流体の濃度Cinと湖水濃度Cとの関係を検討した．

湖水体積が大きく変化しないという条件下では，湖底から湧き出る流体の濃度Cinの変化に対して，湖水濃度Cの時間変化は指数関数で表現できる．その時定数は火口湖の体積や漏水率に依存する．例えば，国内の火口湖の63%応答時間は22日（登別・大湯沼）から1000日（草津白根山・湯釜）の範囲に見積もられた．すなわち，草津白根山・湯釜火口湖の濃度が95%応答に要する時間は約8年であり，湖水濃度の絶対値Cに注目して火山活動評価を行う場合，湖底活動Cinの変化の見極めに長い時間を要することが示された．

そこで，湖水濃度Cの時間変動に注目する．湖水濃度Cは時間に対して指数的に変化し，その変化率は，その時の湖水濃度の絶対値Cと，湖底から湧き出る流体の濃度Cinに依存する．そこで，湖水濃度Cの応答式を変形し，測定された濃度時系列データに基づいて，逆に湖底から湧き出る流体の濃度Cinを推定する方法を構築した．本手法によれば，ある期間において十分な大きさの湖水濃度Cの増減が検出されれば，湖底から噴出する流体濃度Cinの時間変動を定量的に推定できる．さらに，得られたCinを使って，湖水濃度の時間発展を予測できる．このように得られる濃度予測曲線と，実際の湖水から得られた濃度とを比較することで，湖底から噴出する流体濃度が一定であるか，あるいは増加/減少したのかを迅速に判断できる．草津白根山・湯釜火口湖においては，過去3-4か月程度の期間で複数回の湖水試料が得られていれば，将来の湖水濃度変化を計算できる．

さらに，この手法を1964年から2021年に得られた湯釜火口湖の試料に適用して，湖底から噴出する流体の濃度時間変化を定量的に検討した．この結果，湖底から噴出する流体のCl濃度が，時間的に階段状の増減をしていたことが明らかとなった．このような変化は，近傍の噴気におけるCO₂濃度の時間変化の特徴とは異なる．例えば，噴気CO₂は深いマグマ溜まりに由来する一方で，湖底Clの起源は結晶化しつつある浅部マグマに対応することが考えられる．