Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

火山噴煙 / 流体実験 / サーマル / プルーム / 火山 / 渦輪 / 噴火 / 防災 / 数値シミュレーション

瞬間的爆発的噴火における噴煙ダイナミクスと火山灰輸送メカニズムの理解を目的に、基研究の科研費基盤C課題「瞬間的な火山噴火の災害予測モデル提案」の数値研究と合わせ、パリ地球物理研究所IPGPの研究者の協力のもと実験研究と理論研究を推進している。新型コロナウイルス感染症蔓延により、令和２年度に引き続き令和３年度もフランス渡航を中止した。予定していた追加実験とそれに基づく議論は令和４年度に延期し、これまで得た室内実験データと数値シミュレーション結果の検討を続けた。
数値シミュレーションから得られた噴出条件と噴煙高度の関係は、噴出率・噴出速度・火口半径・噴火継続時間を用いた複数のスケーリング則が候補になった。どのスケーリング則であっても計算結果をうまく説明できるが、より単純で理論的な説明のできるスケーリング則を選定することが今後の課題である。ブルカノ式と呼ばれる爆発的噴火は噴出時間が瞬間的なサーマルで近似されてきたが、噴煙高度が噴出時間にも大きく依存することが計算や実験の結果示された。この結果は、ブルカノ式噴火による災害予測をする上で噴火継続時間を正確に見積もる必要を示唆する。
噴煙高度が噴火継続時間に依存することに伴い、火山灰の上昇高度や地表への堆積分布も噴火継続時間に大きく影響される様子を数値シミュレーションで確認できた。総噴出量が同じであっても噴火継続時間が異なると火山からの堆積距離が変化することがわかった。

溶岩流 / 数値シミュレーション / 火山 / インフレーション / 冷却殻 / 溶岩チューブ / 防災 / 富士山

冷却殻が溶岩流の流動に与える影響について、実験を通じて新たな理論的解析手法を開発した。この際溶岩チューブの形成が問題となる為、野外調査を実施して溶岩チューブの重要性を確認した。
実験は冷却殻が成長しない非ニュートン流体(カオリン混濁液)と、冷却殻が形成されるニュートン流体(パラフィンワックス)の2種について行なった。そして、1.現実の溶岩に良く見られる幾つもの流れが重なり合う現象は、冷却殻の無い条件では再現できないこと、2.パラフィンの流れはレイノルズ数やペクレ数の意味で溶岩流と類似しているとともに、冷却殻が現実的に成長するので、溶岩流の様々な形態的特徴をうまく再現できること、3.冷却によるレオロジー的成層構造が流動形態に大きく影響を与えること、を明らかにした。
この実験結果から、冷却殻を持つ流れについて流れの分岐及びそれに伴う被覆域の成長に関する新しい理論を提案した。これは先頭が停止した後も背後からの流体の流入によって溶岩チューブを形成し、その時に増加した流体内部の過剰圧が流れの厚さの増加に寄与するというもので、その圧力と引張強度との兼ね合いで分岐の条件を見積もることができる。これは同時に、横方向へ被覆域が増加する場合の到達距離を、理論的に示す事になり、流れつづける溶岩流の横方向への成長限界を表すという意味で、防災面からも重要であると考えられる。この新しい理論によって初めて、いわゆる「バルク物性」を用いない方法で、溶岩流の巨視的な挙動を数値的に取り扱う事が可能になった。
ここで、溶岩チューブが被覆域拡大に重要な役割を果たす事が示唆された。しかし溶岩チューブは発見が難しく、詳しい研究が無い。そこで本研究は、地中レーダーで未発見の溶岩チューブを発見できる事を野外調査で明らかにし、今後具体的な事例に基づいた理論の検証が可能である事を示した。