[S-VC33] 火山噴火のメカニズム

[SVC33-09] 降灰シミュレーションによるD-Fダイアグラム分析：火口近傍の観測データが降灰分布評価に与える影響

*酒井 俊隆¹、三井 雄太¹、萬年 一剛² (1.国立大学法人静岡大学、2.神奈川県温泉地学研究所)

キーワード：降下火砕物、D-Fダイアグラム、アイソパック

爆発的噴火による降灰の広がりは、噴出率や初期粒度分布などのパラメータに大きく依存する。本研究では、降灰分布に対するこれらのパラメータの影響を定量的に評価するために、新たに開発されたTWiCEを用いて数値実験を実施した。対象とする噴火は、サブプリニー式とプリニー式の噴火を想定し、噴出率と初期粒度分布を変化させたシミュレーションを行った。そして、結果をWalker (1973) の古典的な噴火様式分類であるD-Fダイアグラム上で評価し、降灰分布の特徴を分析した。D-Fダイアグラムにおいて、火口での最大質量荷重はSmaxとして定義される。パラメータDおよびFは、それぞれ0.1Smaxの等厚線で囲まれた面積および0.01Smaxの分散軸上における1mm未満の粒径分率の割合として定義される。

数値実験の結果、噴出率の増加に伴いD値が増加するものの、計算結果はサブプリニー式噴火の範囲にとどまり、プリニー式噴火に対応する噴出率・初期粒度分布を与えてもD値はプリニー式噴火の範囲に達しなかった。

この要因として、観測データの欠損による影響が考えられる。観測データの欠損は、特に火口近傍において顕著であり、大規模噴火の際には安全上の理由や地形の制約により、火口付近の測定が困難であることが多い。野外観測では火口に近い堆積量の増加が考慮されないため、D-Fダイアグラム上での分布が本来の値よりも小さくなることがある。一方、数値実験では火口近傍のデータも含まれるため、実際の観測と異なる結果を示す可能性がある。

また、観測データの欠損とは別に、Bursik et al. (1992) によると、大規模な噴火ではエントレインメントによる粒子のリサイクルが効率的に働くため、噴煙柱からの粒子離脱がほとんど起こらない可能性が指摘されている。TWiCEの粒子離脱モデルではこのリサイクル効果が考慮されていないため、シミュレーションにおける火口近傍の堆積量が過剰に見積もられている可能性がある。この違いがD値の過小評価の要因となっている可能性もあり、単に観測データの欠損だけが影響しているわけではないことが示唆される。

さらに、”Plume Thickness”のパラメータを増加させるとD値が上昇し、プリニー式噴火の範囲に入ることが確認された。Plume Thicknessは噴煙の厚さを決めるパラメータであり、その値が大きくなると噴煙内の粒子輸送が遠方まで及ぶことが示唆される。具体的には、Plume Thicknessが増加するとSMD (source magnitude distribution) の傾きが小さくなり、粒子の沈降が抑制されることで、D値が増加し、F値が減少する傾向が見られた。しかし、その場合のPlume Thicknessは数kmオーダーとなり、現実の噴煙の厚さと調和的かどうかはさらなる検討が必要である。

本研究では、TWiCEを用いた数値実験を通じて、降灰分布に対する噴出率や初期粒度分布の影響を定量的に評価した。その結果、D値がPlume Thicknessや観測データの欠損の影響を反映することが明らかになった。今後は、実際の噴煙厚さとモデルの整合性を検討し、シミュレーションの精度向上を図ることが課題である。