[M-IS23] 火山学と気象学の融合

[MIS23-P04] 降下テフラ重量観測から得られた桜島ブルカノ式噴火のテフラ分離プロファイル

*瀧下 恒星^1,2、井口 正人²、Poulidis Alexandros P.³ (1.京都大学大学院 理学研究科 地球惑星科学専攻、2.京都大学防災研究所火山活動研究センター、3.ブレーメン大学環境物理学研究所)

キーワード：ブルカノ式噴火、ディスドロメータ、テフラ、テフラ分離プロファイル

噴煙から分離する際のテフラ粒子の鉛直重量分布（テフラ分離プロファイル）は，降下テフラ重量計算における重要な入力パラメータの一つである。定常的な大規模噴火の計算に適用される浮力流理論は，大半の粒子が噴煙の上端の高度（噴煙頂高度）から分離するようなテフラ分離プロファイルを与えるが，観測に基づく事例研究では，最大噴煙頂高度より低い高度から多量の粒子が分離することが示されている。そこで，質量噴出率とそれに依存する噴煙頂高度の時間変化を考慮して移流拡散モデルを用いた降下テフラ重量計算を行い，観測値との整合性を評価することで最適なテフラ分離プロファイルを求める。発生頻度が高い桜島のブルカノ式噴火を対象とすることで，テフラ分離プロファイルの制約条件を求めた。
ブルカノ式噴火は，短時間の非定常な噴出である爆発と，それに続く準定常的な噴出を発生させる。爆発は短い時間間隔で噴出することもあり，それぞれの爆発の質量噴出率は異なる。このように，一般的に噴火開始時刻における爆発によって特徴づけられるブルカノ式噴火はしばしば，その爆発の後にも激しい質量噴出率変化を伴いながら継続する。より大規模で定常的な噴火のテフラ分離プロファイルは，k値で規定されてきた (たとえば，Pfeiffer et al., 2005; Cao et al., 2021) が，非定常的なブルカノ式噴火では，観測事実から示唆される多様なテフラ分離プロファイルをk値だけで説明するのが困難なことも多い。そこで，質量噴出率とそれに依存する噴煙頂高度の時間変化を考慮したテフラ分離プロファイルの時系列を与えた。質量噴出率は，経験的な換算式 (Iguchi, 2016) に基づいて地盤変動と地震動の観測値から計算した。噴煙頂高度は質量噴出率の1/4 乗に比例するという関係 (たとえば，Morton et al., 1956) から見積もった。このテフラ分離プロファイルの時系列によって，多様な積算プロファイルを説明できるようになった。瞬間的な爆発によって大半のテフラが放出される場合には，最大噴煙頂高度付近からほとんどの粒子が分離する積算プロファイルを説明できる。また，最大噴煙頂高度をとる噴煙を形成する瞬間的な爆発に続いて，噴煙頂高度を減じた爆発や準定常的な噴出が多量の粒子を放出する場合，最大噴煙頂高度よりも低い高度から多量の粒子が分離する複雑な積算プロファイルも説明できる。
39回の噴火に伴う地震動と地盤変動から推定される質量噴出率およびそれに依存する噴煙頂高度の時間変化を考慮して，テフラ分離プロファイルの時系列を計算した。移流拡散モデルTephra4D (Takishita et al., 2021)による降下テフラ重量の計算結果を，ディスドロメータ観測網 (Takishita et al., 2022) による観測結果と比較した。桜島ブルカノ式噴火のテフラ分離プロファイルは，浮力流理論と整合的で，一連の噴火イベントの積算プロファイルは，質量噴出率の時間変化に制約を受けることが明らかになった。瞬間的な噴出とみなされてきたブルカノ式噴火においても，爆発的な初期噴煙の放出だけでなく，その後の噴火の継続を考慮することが降下テフラ重量計算に重要である。