Volcano-tectonic Seismicity at Villarrica Volcano: A Decade of Evidence (2014–2023) to Understand Its Internal Dynamics
本研究は、ビジャリカ火山の10年間にわたる火山性・構造性地震活動を分析することで、浅部におけるマグマの加圧と爆発的活動の遅延を結びつける明確な群発進化パターンと空間的な応力変化を明らかにし、それによって同火山の内部ダイナミクスを理解し、ハザード評価を向上させるための多角的な枠組みを提供するものである。
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火山はしばしば、たった一度の激しい咆哮とともに目覚める「眠れる巨人」と考えられがちですが、その実際の振る舞いは、はるかに微細で複雑です。活動的な火山の地表下では、マグマや熱い流体が岩石の中を移動するにつれて、地面が絶えず動き、ひび割れ、再編されています。この動きが起こると、地震が発生します。火山環境において、科学者たちはこれらの震動を主に2つの種類に区別しています。一つは「長周期イベント」として知られるもので、深くリズムを刻むようなドスンという音のように聞こえ、通常は火山の主な筒（火道）の中でガスやマグマが煮えたぎっていることを示唆します。もう一方は「火山性構造地震」と呼ばれ、枝が折れる時の鋭いパキッという音のような響きを持ちます。これらは、下の圧力によってマグマ溜まりの構造の壁が押し上げられることにより、固形物である岩石自体がストレスに耐えかねて破壊される時に発生します。研究者たちは、これらの鋭い破裂音に耳を傾け、それらがどこで発生しているかをマッピングすることで、火山の内部から形を変えつつある目に見えない力を描き出すことができます。地面がどのように割れるかを理解することは、活火山の影に住むコミュニティにとって極めて重要です。なぜなら、地面の割れ方は、必ずしもそうではないものの、時には噴火が近づいていることを知らせる合図となることがあるからです。
研究チームは、2014年から2023年までの10年間、南米で最も活発で危険な火山の一つであるチリのビジャリカ火山を綿密に監視しました。彼らは、火山の内部エンジンがどのように機能しているかを理解するために、特に鋭い岩石破壊を伴う地震に焦点を当てました。2,364件のこれらの事象を分析することで、科学者たちは、地震の数が数週間にわたって急増する「群発（スウォーム）」と呼ばれる、激しい活動の9つの明確な期間を特定しました。彼らが発見したのは、ストレスが山をどのように伝わっていくかという、驚くほど一貫した物語でした。ほとんどの群発において、活動は火山性のカルデラの中心部の深い場所、つまり岩石が最も強い圧力を受けている場所から始まりました。群発が進むにつれて、地震は外側へと移動し、カルデラの中心から縁の方へ、そして周囲の景観へと広がっていきました。この外向きの移動は、一度カルデラ内の岩石が壊れ始めると、ストレスが解放され、地面の既存の裂け目に沿って伝わり、地震活動を火山の周辺部へと広げていくことを示唆しています。
しかし、研究者たちは、このパターンは強い傾向ではあるものの、厳格な規則ではないことにも注意を払いました。ほとんどの群発が中心から外側へと進んだ一方で、9つのグループのうち2つは異なる挙動を示しました。ある群発は、外側で新しい地震が発生している間も中心部に留まり続け、別の群発は、完全にカルデラの外側で発生し、中央ゾーンには全く触れませんでした。この差異は、火山にはストレスを解放するための好ましい方法があるものの、単一の不変の台本通りに動く機械ではないということを科学者に伝えています。これらの事象の場所とタイミングは、その瞬間の岩石の状態や、そこを移動する流体の条件に依存しています。また、研究は各群発内における地震の規模についても調査しました。彼らは、群発の中で最も大きくエネルギーの強い地震は、通常、イベントの開始時ではなく、中盤に発生することを見出しました。このより大規模な地震は転換点となります。その前はカルデラ内で活動が蓄積されており、その後は地震活動がカルデラの外側へと広がり、次第に衰退していくのです。
チームはまた、これらの地下の亀裂が目に見える噴火につながるかどうかについても調査しました。彼らはいくつかのケースにおいて、遅延した関連性を発見しました。9つの群発のうち4つでは、最大の地震が発生してから約1〜2ヶ月後に、火山の表面活動（衛星によって検出される爆発の頻度の増加や温度の上昇など）の兆候が見られました。この遅延は、山内部の岩石の破壊が熱やガスの通り道となる新しい経路を作り出すものの、これらの流体が地表に到達するには時間がかかることを示唆しています。しかし、この結びつきは保証されているわけではありません。他の5つの群発では、活動的なものと同様に地面が揺れ、ストレスが再分配されましたが、爆発や熱の上昇は伴いませんでした。この発見は、ハザード評価において極めて重要です。つまり、地震の群発は火山が活動的でストレスを受けている兆候ではあるものの、それが自動的に噴火を意味するわけではないということです。火山の内部的な再編は、地表にまで到達することなく起こり得ます。
地震の発生場所と岩石がどのように壊れているかの測定値を組み合わせることで、科学者たちは火山内の異なるゾーンをマッピングしました。カルデラの直下のエリアは、高いストレスと集中した岩石の破壊の兆候を示しており、カルデラのすぐ外側のエリアは、熱い流体の存在に影響を受けたと思われる、異なる種類の破砕を特徴としていました。さらに外側では、地震は地域の主要な断層線と一致しており、火山の内部圧力が地球েরより広範な構造運動とどのように相互作用しているかを示していました。研究は、ビジャリカ火山が、浅いマグマや流体が岩石に圧力をかけ、通常は中心から外側へと進む予測可能なシーケンスで岩石を破壊させる、ダイナミックなシステムであると結論付けています。しかし、これらの深い亀裂と地表の噴火とのつながりは確定的ではなく条件的であるため、火山を監視するには、地震の場所、岩石の破壊のタイプ、そして地表の信号といった、全体像を見ることが求められます。この詳細な理解は、科学者が火山の振る舞いをより良く解釈するのを助け、それがもたらすリスクに対して、より明確で微細な視点を提供します。
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