Imaging shallow magma storage and fluid pathways beneath Aso volcano using ambient-noise tomography
阿蘇山の中岳火口の下にある、浅部の加圧されたマグマ貯留層と、その上部にある熱水コンジットを、仮設地震観測網を用いた環境ノイズ・トモグラフィーによって画像化し、これらの構造がいかにして流体の輸送を促進し、火山性微動を発生させているかを明らかにした。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは以下の論文のAI生成解説です。著者が執筆または承認したものではありません。技術的な正確性については原論文を参照してください。 免責事項の全文を読む
地球の地殻を、固くて動かない岩石としてではなく、巨大で泡立つ圧力鍋として想像してみてください。地下深くでは、溶融した岩石（マグマ）や超高温の流体が、常に地表へと抜け出そうと動き回っています。時として、これらは隠れたポケットの中に閉じ込められ、ケトルの蒸気のように圧力を高めていきます。もしその圧力が上がりすぎると、「ケトル」は吹き飛ばされ、火山噴火につながります。科学者たちは、これらの圧力鍋がどのように機能しているのかを理解するために、長い間その内部を見ようとしてきましたが、地球は不透明です。火山をX線検査するようなことはできません。その代わりに、彼らは「環境ノイズ・トモグラフィー」と呼ばれる巧妙なトリックを使います。これは、絶え間ない低いハミング（交通量や風など）の残響が壁に跳ね返る音を聞いて、部屋の形を突き止めようとするようなものです。多くの地震計（マイクロフォン）を火山周辺に設置し、地面を伝わる自然な振動を聞くことで、科学者たちはどこで岩石が硬く、どこで柔らかいか、あるいは割れていたり流体で満たされていたりするかをマッピングできるのです。これは、火山の「配管」をマッピングできれば、いつ爆発するかを予測できる可能性があり、人命や財産を守ることにつながるため、非常に重要です。
ここで、世界最大級の活火山であるカルデラの一つ、日本の阿蘇山にズームアップしてみましょう。阿蘇山は、過去に超噴火の歴史を持つ巨大なシステムですが、最近ではその活動は中岳と呼ばれる小さな中央火口に集中しています。長年、科学者たちは地下で何かが奇妙な動きをしていることを知っていましたが、そのマップはぼやけていました。この研究において、研究チームはより鮮明な画像を得ることに決めました。彼らは火山の周囲に40台の地震計による一時的なネットワークを構築し、約35日間にわたって地球の自然なハミングを聞き取りました。地面を巨大な楽器のように扱う手法を用いることで、彼らは深さ約5キロメートルまでのS波速度（剪断波が岩石中を伝わる速度）の高解像度3Dマップを作成しました。
彼らが発見したのは、まるで火山のキッチンの秘密の設計図を見つけたかのようです。まず、彼らは中岳火口の地下2.5〜4.5キロメートルの位置に、非常に柔らかい岩石からなる、卵型のくぼんだ「塊（ブロブ）」を発見しました。この領域では、岩石の動きが非常に遅く（約1.5 km/s）、これは岩石が単なる固形物ではなく、高度に破砕され加圧されていることを示唆しており、おそらく火山性の流体とガスの混合物を保持しています。著者らはこれを浅部のマグマ貯留帯であると考えています。それは巨大で開いた溶岩のプールではなく、むしろ割れた岩石で作られたスポンジが熱い流体を吸い込んでいるような状態です。岩石が非常に割れているため、容易に膨張したり収縮したりすることができ、これが地面が時折膨張したり収縮したりする理由を説明しています。
この「スポンジ」の上方には、地表に向かって伸びる細く垂直なトンネルのような構造が見つかりました。これは流体のコンジット（導管）であり、貯留帯から加圧された流体を火口へと送り出すパイプのような役割を果たしています。ここでも岩石の動きは非常に遅く、開いた亀裂で満たされていることを示唆しています。これは、ガスがこの狭いパイプを上昇する際に発生する「超長周期」の震動（低周波の唸りの一種）が発生する場所であると考えられます。最後に、火口の直下では、岩石が最も柔らかくなり、速度は約1 km/sまで低下します。この最上層は、激しく変質した岩石と高密度の亀裂ネットワークのゾーンであり、おそらく酸性の熱水で満たされています。
論文はまた、上昇する流体について起こっている興味深いストーリーについても示唆しています。深く下では、流体はおそらく「超臨界」状態、つまり液体でも完全なガスでもない、奇妙で高密度の相にあると考えられます。これらが浅い貯留帯へと上昇するにつれて圧力が低下し、突然ガスへと変化する可能性があります。この相変化は体積の劇的な膨張を引き起こし、それが割れた岩石の貯留帯内の圧力を高め、ガスを狭いコンジットへと押し上げます。このプロセスが、現在の火山の活動を駆動しているエンジンであるようです。
興味深いことに、この研究はより広いエリアも調査し、2016年に近くで発生した大規模な地震を引き起こした断層を含む、既知の断層線と一致する低速度帯を発見しました。これは、火山の配管システムが、地球の地殻における広範な構造的な割れ目とつながっていることを示唆しています。この研究は、阿蘇山の謎を永遠に解明したと主張しているわけではありませんが、浅部の配管システムに関するより明確な地図を提供しています。著者らは、この特定の貯留帯とその圧力の変化を注視することで、将来の火山活動の予兆をより良く予測できる可能性があると述べています。彼らは、今回得られた構造的な手がかりを用いて、このゾーンをより注意深く監視するための新しいモニタリング実験が始まっていることにも言及しています。
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