[S-GD01] 測地学・GGOS

[SGD01-P03] LaCoste型相対重力計の重力連続観測で検出されたトンガ火山噴火の気圧変動に伴う重力変化

*小田 雄大¹、風間 卓仁¹ (1.京都大学理学研究科)

キーワード：LaCoste型相対重力計、重力連続観測、トンガ火山噴火、気圧変化、ラム波、潮汐重力変化

重力連続観測は地球表層における質量移動を把握するのに最も有効な方法の1つである。これまで重力連続観測には、観測精度の高い超伝導重力計や絶対重力計がしばしば使用されてきた。しかしながら、これらの重力計は台数が少なく、日本国内でこれらの重力計を複数用いて常時の重力連続観測網を維持することは難しい。一方、バネ式相対重力計は日本国内に数多く存在しているものの、その観測精度は超伝導重力計や絶対重力計に劣るとされている。桜島火山の2015年急膨張イベントではScintrex型相対重力計の重力連続観測で5.86 microGalの重力減少が観測されたものの（風間ほか, 2016）、これより小さな重力変化の検出例は報告されていない。もし質量変動に伴う1 microGal前後の重力変化をバネ式相対重力計で観測できることが確かめられれば、将来バネ式相対重力計による広域多点の常時重力連続観測によって重力の微小な時空間変化を明らかにできると期待される。

そこで本研究は、2022年1月15日のフンガ・トンガ－フンガ・ハアパイ火山の大規模噴火に伴う気圧変動が、LaCoste型相対重力計の重力連続観測で検出可能かどうかを検証した。というのも、Imanishi (2022)は長野県松代に設置された超伝導重力計で噴火の気圧変動に伴う約0.5 microGalの重力変化を観測している。一方、京都大学では当時LaCoste型相対重力計G31が重力連続観測を実施していたので、この観測データを解析すればImanishi (2022)のような重力変化を検出できる可能性がある。G31重力計のリードアウト端子には電圧ロガーが接続されており、重力変化に伴うバネの位置変化が時間分解能1秒、電圧分解能0.1 mVで記録されている。まず本研究は、フィードバック式LaCoste重力計D58の京都大学における重力連続観測データ（microGal出力）に対して、Baytap08 (Tamura and Agnew, 2008)による潮汐解析を実施した。次に、得られた潮汐定数から潮汐重力変化を予測計算し、これをG31重力計の電圧値データと比較することでG31重力計の重力応答係数[microGal/mV]を推定した。その後、G31重力計の電圧値にこの重力応答係数を掛け合わせることで、2022年1月15日の電圧データを重力値に換算した。さらに、この重力データから潮汐予測値を差し引き、カットオフ周波数0.005 Hzのローパスフィルタ―をかけることで、気圧変動の周波数帯域に対応する重力時系列を抽出した。

本研究の解析の結果、2022年1月15日におけるG31重力計の重力応答係数は約0.4 microGal/mVと推定された。G31重力計の電圧分解能が0.1 mVであることを用いると、重力計の分解能は約0.04 microGalと計算できる。この値はImanishi (2022)がトンガ噴火時に観測した重力変化量（約0.5 microGal）よりも小さく、G31重力計の重力連続観測データがトンガ噴火時の重力変化に対して十分な分解能を有していることを意味する。また、京都大学内で観測された気圧データと重力データを比較したところ、ラム波通過に伴う気圧上昇（時間幅約30分、気圧変動幅約2.0 hPa）に対応して約0.6 microGalの重力減少が観測されていることが分かった。ラム波の気圧変化に対する重力変化の応答係数は-0.2791 microGal/hPaであり、一般的な気圧応答係数（~ -0.3 microGal/hPa）と同程度となった。これらの結果は、一般的なLaCoste型相対重力計のリードアウト出力データを用いて、1 microGal未満の微小な重力シグナルを検出できることを意味している。