[S-VC33] 火山噴火のメカニズム

[SVC33-07] 間欠泉の噴出メカニズムと多様な周期性：北海道南部しかべ間歇泉での観測・数値的研究

★招待講演

*柘植 鮎太^1,2、青山 裕³ (1.東京大学地震研究所火山噴火予知研究センター、2.北海道大学大学院理学院自然史科学専攻、3.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、周期性、噴出ダイナミクス

間欠泉は火山噴火のアナロジーとみなされ，火山の噴火過程の理解に有用な示唆が得られる期待から，その噴出メカニズムが研究されてきた（Hurwitz and Manga, 2017）．これまで観測や室内実験に基づいた噴出メカニズムの概念モデルが提案されているが（例えば，Kieffer, 1984; Belousov et al., 2013），これらは観測される現象を部分的に説明するにとどまり，間欠噴出を支配する詳細な物理過程は未解明な点が多い．また，間欠泉は噴出量が次の休止期間の長さを決める時間予測型の特徴を示すが（Kieffer, 1984），噴出間隔は必ずしも規則的でなく複雑に変化することがあり，その物理的背景は十分に理解されていない．本研究では，北海道南部にある「しかべ間歇泉」を対象に，観測と数値実験に基づいて噴出メカニズムと多様な噴出間隔変化の支配要因の理解を試みた．

しかべ間歇泉では管路内および地上での物理観測を実施した．管内の圧力・温度・映像観測と放出される温泉水およびガスの化学分析，そして表面現象との比較から，しかべ間歇泉の噴出は管浅部の減圧沸騰にトリガーされること，さらに温泉水に含まれる CO₂ が深部での発泡を促進することが示唆された．噴出における上昇経路内の詳細な物理過程について検証するために，管路および帯水層の気液二相流シミュレーターT2Well/ECO2N（Pan et al., 2011）を用いた数値実験を行なった．計算領域として1次元の管路および円筒2次元の帯水層を考慮し，境界条件として帯水層の最遠部に熱水の供給条件，管頭部に大気条件を与えて非定常計算を行なった．再現された噴出サイクルは，しかべ間歇泉や実際の間欠泉で典型的に見られる特徴とよく対応した．また，熱水に溶解しているCO₂は発泡開始深度を低下させる役割を持つが，一方で噴出の爆発性への寄与は小さいことがわかった．各パラメータの時空間変化から，浅部の温度勾配が高い領域において発泡が促進される self-enhancing process と，深部の温度勾配が低い領域において発泡が抑制される self-limiting processの二つのフィードバックが間欠噴出を支配すると考えられる．

2019年11月継続してきた連続観測から，しかべ間歇泉は夏に短縮し冬に延長する長期的な変化や，数時間から数日で生じる短期的な変化を生じることがわかった．さらに，噴出間隔のモードが単一モードから多重モードへ遷移するなど，非線形的な応答を示唆する興味深い特徴も見られた．特に，2022年—2023年の噴出間隔の時系列データについて短期的な変動に着目すると，噴出間隔の1日よりも長周期の変動は気圧変動と強い負の相関を示した．気圧と噴出間隔の関係について T2Well/ECO2N を用いて検証したところ，気圧が上昇すると管路内では飽和温度の上昇によって沸騰が抑制され噴出量が減少するため，噴出間隔は短縮することがわかった．