[S-VC29] 火山噴火のダイナミクスと素過程

[SVC29-P01] 爆発クレーターの３次元モデル実験：予察的結果

*田村 容¹、隅田 育郎² (1.国立大学法人金沢大学大学院、2.金沢大学 理工学域　地球社会基盤学類　地球惑星科学コース)

キーワード：クレーター

爆発クレーターは火山において普遍的に見られる地形であり、その形状から形成条件を推定する基礎として、様々な室内及び野外実験が行われてきた。爆発クレーターの形状はエネルギーばかりでなく、爆発深度にも依存するため、支配パラメータとしてスケール化深度が使われてきた。近年ではLiu et al (2020)はガラスビーズ層の下から高圧の圧縮空気を注入してクレーターを形成する実験を行い、スケール化深度を用いたスケーリングの有効性を示した。ここで圧縮空気のエネルギーEが同じでも、過剰圧ΔP、噴出の継続時間τ、の組合せが異なれば、クレーター直径のエネルギースケーリング、クレーター形状が変わることが推測される。Liu et al (2020)はΔP、τも変えて実験を行ったが、その依存性はまだ十分に明らかではない。本研究ではLiu et al (2020)と類似しているが、より低圧（低エネルギー）の圧縮空気を使った実験装置を開発し、ΔP，τ依存性を解明することを目的とした3次元爆発クレーター実験を行う。実験ではΔPに加えて気体流量も測定し、これらを使って圧縮空気の持つ運動エネルギーとその膨張によるエネルギーを計算する。クレーターの断面地形はレーザー変位計で測定し、その形成過程は高速度カメラで記録する。また形成されるクレーター付近にマイクロフォンアレイを設置し、気体の噴出に伴って励起される空振も測定する。本発表ではこれまで得られた予察的な結果について紹介する。
予察実験を噴出源深度d = 2.3、5.3 cm、ΔP～5 x 10^4 – 5 x 10^5 Pa、τ= 60ms の条件下で行った。この実験条件のスケール化深度は13 – 54 mm/J^1/3であり、Liu et al (2020)の実験範囲と重複する。d = 5.3 cmの場合、エネルギースケーリング則の冪は0.282±0.03と求まり、一般的に知られている1/3則よりも小さくなった。一方でd = 2.3 cmの場合もエネルギースケーリングの冪は0.05と、とても小さくなった。d = 2.3 cmの場合、噴出する気体の体積は爆発深度を特徴的なスケールとした球体積Ｖ＝πd^3/6）よりも大きい。そのため、クレーターが形成された後も空気が噴出が継続しており、その間はクレーター形成はあまり進行しない。従って全エネルギーの内、クレーター形成に使われる割合が低くなっているはずだ。さらに噴出深度が浅いと、噴出イベントが複数回発生する。その結果、複数のリング地形が形成する。マイクロフォンのデータを解析したところ、圧縮空気により粉粒体表面が盛り上がった時に空振が励起されていることが分かった。圧力波の振幅はΔPと正の相関、ｄと負の相関にあり、空振計測からΔP，ｄを制約できる可能性が示された。