地震波速度の時間変化による火山性流体のマッピング

Florent Brenguier (1), Michel Campillo (1), 武田哲也 (2),青木陽介 (3),Nikolai M. Shapiro (4), Xavier Briand (1), 江本賢太郎 (2, 5),三宅弘恵 (3)

(1) ジョセフ・フーリエ大学地球科学研究所  (2) 防災科学技術研究所  (3) 東京大学地震研究所(4) パリ地球物理学研究所  (5) 現・東北大学大学院理学研究科地球物理学専攻

Science, vol. 345, 80-82, doi:10.1026/science.1254073

地震波速度の時間変化による火山性流体のマッピング

地震と火山はどのように相互作用するのでしょうか?火山の地下にある火山性流体の広がりや状態はどうなっているのでしょうか?その疑問に答えるために、本研究では2011年東北地方太平洋沖地震が日本列島の火山の地下構造に与えた影響を明らかにしました。

本研究では、主に海洋で励起される地震波の雑微動を用いて、日本列島に密に設置された防災科学技術研究所Hi-net高感度地震観測網のデータから、東北地方太平洋沖地震の前後各6ヶ月の1日ごとの地震波速度を求めました。その結果、東北地方太平洋沖地震に伴う地震波速度変化は火山地域で特に大きいことが明らかになりました。この結果は、地震波の通過や地面の変形によって火山地下に存在する高圧の火山性流体が地下を破砕したものと解釈されます。

とりわけ、震源から500キロメートル離れた富士山で大きな地震波速度異常が明らかになりました。このことは、富士山には高圧の火山性流体が分布しているということを示しています。

本研究の結果は、地震観測から火山性流体の分布を知ることができるということを示しています。つまり、今後地震観測によって噴火をもたらす危険のある火山をより正確に特定できる可能性を示唆しています。

図:応力変化に対する地震波速度変化の感度の空間分布。東北地方太平洋沖地震にともなう地震波速度変化と、全地球測位システム(GNSS)による観測により求められるひずみ変化から求められています。黒い三角形は第四紀火山の分布を、赤線は火山フロントを表します
図:応力変化に対する地震波速度変化の感度の空間分布。東北地方太平洋沖地震にともなう地震波速度変化と、全地球測位システム(GNSS)による観測により求められるひずみ変化から求められています。黒い三角形は第四紀火山の分布を、赤線は火山フロントを表します

沈み込んだプレートの穴と長白山火山の起源のなぞ ―NECESSArray計画:中国大陸からみる地球内部の活動―

Youcai Tang, Masayuki Obayashi, Fenglin Niu, Stephen P. Grand, Yongshun John Chen, Hitoshi Kawakatsu, Satoru Tanaka, Jieyuan Ning & James F. Ni

Nature Geoscience Online Edition: 2014/5/18, doi: 10.1038/ngeo2166.

沈み込んだプレートの穴と長白山火山の起源のなぞ
―NECESSArray計画:中国大陸からみる地球内部の活動―

成果概要
2009年9月から2011年8月にかけて、日本、中国と米国は共同で、中国東北部に大規模な地震観測網(NECESSArray)を展開し、広帯域地震計120点で2年間の観測を行った。この観測網により地球深部の三次元構造を格段に詳しく見ることができるようになった。

この観測網を用いて、東京大学地震研究所海半球観測センターの川勝均教授らの研究チームは、中国北東部の地下、マントル遷移層において、滞留している沈み込んだ太平洋プレート(スタグナントスラブ)に大きな穴があいていることを発見した。中国と北朝鮮の国境付近にある巨大な火山『長白山(白頭山)』は、本来火山が形成されるプレートの沈み込み帯から離れすぎた所に位置しており、なぜそこに火山があるのか今までわかっていなかった。地下に滞留しているスラブと関連しているのではないかと考えられており、今回そのスラブが、長白山の下で途切れていることが発見された。この発見によって、長白山の形成を解明するあらたな展望が開けた。

沈み込んだ太平洋プレート(スラブ)と長白山下のマントル内の上昇流の様子を描いた想像図。スラブ(青)とその西側にあるマントルの低速度領域(赤)。これは滞留しているスラブが途切れ、温かいあるいは軟らかい物質があることを意味している。

*この成果はUTokyo Researchでも紹介されましたhttp://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/enigma-of-changbaishan-volcano-and-a-gap-in-stagnant-slab/

*ニュースレターPLUS No.19:フロンティア地球観測:予測外の発見を求めて(pdf)

噴火 その1

『日本噴火志』(霧島山)・現代語訳 天平14年11月23日(742.12.28) 十一月壬子の日、大隅国司から報告、「今月二十三日未の刻から二十八日に至るまで空中で音がし、太鼓のようだった。野の雉子も驚き地面も震動し、丙寅の日に使者を大隅国へ遣わして状況を調査し、神の託宣を請わせた」。[続日本紀] 延暦7年3月4日(788.4.18) 七月巳酉の日、太宰府から報告、「去る三月四日戌の刻、大隅国の曽於郡曽乃峯で火炎が盛んに上がり、響きは雷のようであった。亥の刻におよんで火光はようやく止まり、ただ黒煙だけが見えるようになった。そしてその後、砂が降り、山頂下五・六里は砂石が積もり、二尺にも及んでいるようだ。その色は黒い」。[続日本紀] 承和4年(837)秋8月、日向国の都濃・妻・江田・霧島の四神を、官社に預かる。[国史紀事本末] 承和10年(843)9月甲辰、日向国の無位高知保皇神に、従五位下の位をお授けになった。[続日本後紀] 天安元年(857)6月甲申、肥後国にある従五位上曽男神に、正五位下の位を授けた。[類聚国史] 天安2年(858)10月22日、日向国の従五位下高知保皇神に、従四位上の位を授けた。[三代実録]

噴火 その2

天慶8年(945)
霧島山噴火。[地学協会報告]

 

『襲山考』に言うには、「縁起および『僧性空伝』、『平家物語』等を考え合わせると、天慶八年に性空が・・・誠心をこめて山頂に登り、法華経を唱えること七日にして神勅を受けようと五日間滞在したが、全山震動して猛火を発し、しばらく止みそうにはなかった」。[福島厳之介編纂 鹿児島県噴火書類]

 

天永3年2月3日(1112.3.9)
西峯噴火。[三国名勝図会]

 

仁安2年(1167)
噴火した。[地理纂考]

 

霧島山大曼荼羅院西生寺は、梅北村益貫にある。初め小松内府平重盛が霧島山東麓の佐野に寺を建立して霧島山西生寺と号していたが、その後住持が尋誉上人の時にある夜神童が来て、「三日経って霧島山が噴火し、寺院は火災に遭うだろう。速やかに三里以遠に退去しなさい」と告げた。そこで僧侶たちは当時の本尊と鎮守の山王権現を奉じて、現在の地梅北に移った。はたして霧島山が噴火し、堂宇が焼け落ちた。実に仁安二年のことである。[三国名勝図会]

 

寿永2年12月17日(1184.2.7)
霧島山噴火。[ミルン氏調査]

 

文暦元年12月28日(1235.1.25)
噴火は甚だ盛んで、神社をみな焼き尽くした。 [三国名勝図会]

 

西御在所霧島六所権現すなわち霧島宮は、田口村霧島山西側の中腹にある。欽明天皇の頃に創建したと言い伝える。後に山上から噴火し(延暦七年〈788〉七月の噴火とする説がある)、寺社が焼亡してから年月が経った。最初、上古の神社は現在の社地から東一里十町に当たる霧島山の峯である矛峯と火常峯(西峯)との中間、脊門丘にあったが、天暦年間に性空が脊門丘から現在の地に神社を移して六所権現と号した。それからおよそ二百八十年を経て、文暦元年甲子〈1234〉十二月二十八日に山上からまた噴火し、神社・寺院および什宝、文書等をことごとく消失した。その後二百五十年ほどの間は、神社・寺院は共に廃され、ただ仮宮のみがあった。文明十六年甲辰〈1484〉に兼慶法印が往時の社地を入手することを得て、社殿を建立して六所権現を遷宮し、往時の壮麗さに復した。だから現在の地は村上天皇の時、性空が神社を遷した場所である。社殿が脊門丘にあった時は、高千穂神社と称しただろうかという。[三国名勝図会]

 

噴火 その3

大永4年(1524)
霧島山噴火。[地学協会報告]

 

天文23年(1554)
天文二十三年から翌弘治元年〈1555〉まで噴火した。[三国名勝図会]

 

永禄9年9月9日(1566.10.31)
噴火して人が多く焼死した。[同上]

 

天正2年1月(1574.2)
霧島が噴火し、天地が震動した。[玉龍山続年代記]

 

同 4年(1576)
天正四年から同六年〈1578〉まで、また噴火した。[三国名勝図会]

 

同 13年(1585)
霧島山が震動、噴火。[地学協会報告](一説に、天正十三年十月七日から、大地震が年を越えたとある)

 

同 15年4月17日(1587.5.24)
霧島が噴火・震動し、黒煙の上に白煙がたなびき、一日に三度、高く立ち上った。[福島厳之介編纂 鹿児島県噴火書類]

 

天正16年3月12日(1588.4.7)
霧島が噴火し、申の刻と酉の刻の間、大地震。[同上]

 

慶長3年(1598)
慶長三年から五年〈1600〉まで、また噴火した。[三国名勝図会]

 

元和3年(1617)
元和三年から翌年〈1618〉まで、また噴火した。[同上]

 

万治2年1月(1659.2)
万治二年正月から寛文元年〈1661〉まで、また噴火した。[同上]

 

延宝5年(1677)
霧島山が噴火した。[福島厳之介編纂 鹿児島県噴火書類]

 

同 6年1月9日(1678.2.29)
霧島山が噴火した。[同上]

 

寛永2年12月15日(1706.1.28)
山上で噴火し、神社(六所権現社)・堂塔・寺家、みな焦土となった。[同上]

噴火 その4

享保元年2月18日(1716.3.11)
夜、霧島山のうち小林・曽於郡境の笈掛岳の北の金剛界胎蔵界両部池あたりで新しく二カ所噴火した。これによって小林あたりは震動し、高原のうち花堂の松八重川は増水し、魚が死んで流れた。[三国名勝図会]

 

同 元年9月26日(1716.11.9)
九月二十六日の夜半頃から霧島の西岳が震動して、周囲三里半ほどは所々で噴火破裂し、そのためにその範囲にある山林および神社・仏閣等はことごとく焼失し、その他災害を受けたものは砂石が侵入した十二の外城(外城とは一ヵ村のことである)が焼失し、その家数六百軒(あるいは六百四軒)、負傷者三十一人、斃死した牛馬四百五頭、田畑六千二百四十町八反六畝十九歩、この農産高六万六千百八十二石あまり。その後三・四年の間、灰が降ってあたかも春霞のようだったという。(日本災異志による。損害統計は翌年正月の分も含めたようだ)
このとき高原の狭野社、神徳院、霧島東御在所社、錫杖院、小林の霧島中央宮、瀬戸尾寺および高原、高崎、小林等の民家、山林はみな燃えた。一書には、東霧島社もこの噴火で焼けたという。東霧島社は高城にある。[三国名勝図会]

 

霧島山両部池のあたりで、新たに大きく噴火した。高原の東霧島神社、狭野権現の社、神徳院の寺中、門前ならびに高原の野町、小林の瀬戸尾権現の社、ならびに別当寺はことごとく焼失、小林の山の九ヵ所の狩場が焼失、高原、高崎あたりは石・灰で田畑を多く埋めた。
東霧島社、狭野の神体は守って持ち出し、瀬戸尾社の神体は後日、焼け跡から掘り出した。今朝、福山町の者たち男女十一人が瀬戸尾へ参籠したところへ、山中が大噴火したので五人は焼死、六人はようやく命が助かり翌朝花堂まで下ったと、小林から申し出があった。[同上]

 

同 元年12月26日(1717.2.7)
霧島山の新しい噴火は二十九日までの四日間続き、大噴火。高原、高崎、庄内、高城、穆佐、都城、小林、倉岡、綾、高岡、須本、野尻のあたりまで石・灰が降り、田畑は大分損なわれ人馬も死亡した。[福島厳之介編纂 鹿児島県噴火書類]

十二月二十六日に、またまた噴火した。[日本災異志]

噴火 その5

享保2年1月3日(1717.2.13)
正月三日、霧島山の新しい噴火はまたまた規模が大きくなり、これ以後七日から十一日まで続いて大噴火。その付近は火石で家屋が焼失し、錫杖院は寺家残らず焼失、田畑は石・灰で埋まり牛馬が多く死亡した。高原、高崎両所の役人たちまで方々へ引き移った。
昨年の十二月二十六日からこの正月十一日までたびたび大噴火し、日向国諸県郡の損失は左記の通り。
田畑 十三万六千三百坪余り
石・砂・灰の量 三万七千九百五十石余り
雑穀 千五百四十石余り
堂社 十一宇、寺家三十軒、寺の門前五十三軒、社家二十六軒、百姓家十四軒、死者 男一人、怪我人三十人、死亡した牛馬 四百二十匹。[福島厳之介編纂 鹿児島県噴火書類]

 

日向国霧島山は、昨年の九月から噴火を始め震動が止まなかったが、昨年の十二月二十八日、九日の二晩、おびただしく震動し、同国御代官所の那珂郡、諸県郡の十三ヵ村、石高一万石余りの所、霧島山からは道にして十里あまりあるところへ焼灰・砂利がだんだん降り、この正月三日の朝五つ半時から九つ時までに、大地震があり、砂混じりの焼石が降り積もり、田、麦畑、菜園を埋めること四・五寸、あるいは七・八寸、ことごとく砂地になり、御代官室七郎左衛門から注進があった。[承寛襍禄]

 

享保二酉年三日辰の刻頃から、空が夜のように闇になった。ただ東西南北の麓は晴天で、島中の村々家々の中はしばらくの内、暗かった。同月七日に大地震、同十日申酉の方角から小雨のような白い砂が降った。[八丈島年表]
考えるに、正月三日に八丈島に於いて闇になったのは、霧島噴火の細かな灰が疾風に吹き送られて、八丈島に落ちたのだろう。同月十日に小雨のような白い砂が申酉の方角から降ったとあるのも、  同じく霧島山から来たのだろうか。霧島山は八丈島からは西南西、すなわち申酉の方角に当たる。

正月七日にまた噴火し、俗に両部岳の新噴火という。諸県郡の諸村の田畑は、被災したもの十三万六千三百余区という。[三国名勝図絵]

同 2年8月15日(1717.9.19)
大噴火。土・灰がしきりに飛び、近郷の田を埋めること数十里に及んだ。[日本災異志]

明和8年(1771)
明和八年から翌年〈1772〉にいたるまでまた噴火し、およそ享保元年〈1716〉からこの年までしばしば盛んに噴火した。焼石は炎となって空から落ち、砂石は糠をかぶったようで、灰燼が降って昼も夜と変わらない。通行する人は筵を頭に乗せて負傷するのを防いだ。数里の間、田畑を埋没させ、草木は焦げて枯れた。[三国名勝図絵]

文政4年12月20日(1822.1.12)
噴火。[今村理学博士の調査による)

噴火 その6

明治13年9月(1880.9)
御鉢の近来の噴火についてその概要を摘録すると、明治十三年九月頃まで極めて静穏な状況だったが、同月突然爆発してから以後活動状態を中断することなく、蒸気・二酸化硫黄ガスの噴出は次第にその勢いを増し、噴火口内におびただしく硫黄の堆積が見られるようになり、争ってこの採掘に従事するようになったが、明治二十二年〈1887〉十二月の爆発により、硫黄の堆積物は火口外に飛散して跡を留めなかった。[地学雑誌 山上理学士]

 

同 20年5月(1887.5)
噴火。[今村理学博士による]

 

同 21年2月21日(1888.2.21)
噴火、一昼夜に三・四回鳴動し噴煙は空を覆い、飛んだ火山灰は四・五里に及んだ。五月九日に噴火。[日本山嶽志]

 

明治二十一年の秋、私が九州を巡回した際、たまたま鹿児島において一週間の滞在中に、旅館から毎日午後に噴煙の状況を遠望する好機を得た。ほとんど二時間ごとに定期的に噴煙が上がり、その様子は実に荘厳で、蒸気に混じって噴煙が中空に聳えるところは、あたかも巨大な噴水を見るようだった。[地質要報 マキスフェスカ氏記事]

 

同 22年12月10日~18日(1889.12.10~18)
御鉢と呼ぶところは、明治十七・八年〈1884,1885〉の頃からだんだん噴火の勢いを増し、同二十一〈1888〉年二月頃に至っては鳴動や噴火が甚だしく、実に容易ならざる様子だった。しかし以後その勢いが衰え、一日一回ないし二回の噴煙を見る程度になったが、先月十日午前一時頃に突然大噴火し、その響きは激しい雷のようで、黒煙は空に満ち噴出する火石は中天に上がり、昇降の際に互いにぶつかり合い、あるいは飛散し、あるいは破裂するなど、その様子はあたかも花火のようで、散乱した火石は降り積もった硫黄に燃え移り、盛んに延焼してほとんど野火と異ならない奇観を呈し、その降灰は遠く数里におよんで噴煙は甚だしく、灰を降らし砂礫を昼夜七・八回飛ばしたが、なかでも同十八日午後零時三十分頃からの噴火は、鳴動、火炎、噴煙共にいっそう甚だしく、空は朦朧となり降灰は地上二・三分の厚さに堆積した。そうしたところ幸いに西風が吹き始め、そのため同村では被害を免れたが、西諸県郡高原村などはその風が吹きなびいて黒煙が空に満ち、そのため晴天はにわかに暗黒となって白昼に道が分からなくなり、灯で照らして逃げ出す者がいた。以後、昼夜鳴動・噴煙が止まなかったが、特に甚だしい異常は認められなかった。[鹿児島県報告 明治二十三年一月二十三日官報]

噴火 その7

明治24年6月19日(1891.6.19)
十九日頃から大きな噴火をし、鳴動が激しく今なお止まない。[官報]

 

十九日頃から大きな噴火をし、一昼夜におよそ十四回鳴動が激烈で、黒煙を発し噴気が盛んなときには石を飛ばし灰を降らすなどの異常を呈し、山麓の一里内外は草木等の葉を枯れしぼませた。[地学雑誌第三集]

 

十一月十日頃から昼夜十四・五回ずつ大きな噴火をし、鳴動し黒煙を上げ、近傍一里内外に灰を降らし、ところどころ草木の葉を枯れしぼませたところがあった。同二十日頃からだんだん噴火、鳴動ともに減った。[地学雑誌第三集]

 

同 27年2月25日~28日(1894.2.25~28)
二月二十五日に噴火した。霧島の山麓部分においては、同日の鳴動前に不思議な音響を聞いたが、午前十時三十分に爆発し、黒煙は東に向かって流れ散り、宮崎地方に降灰があった。西諸県郡高原村大字蒲牟田字抜[祓の誤りか]川(霧島東麓)においては、灰とともに大豆大の小石を降らした。翌二十六日午前八時二十分に鳴動した。その翌日は前回に比較すれば小さく、ただその噴煙が平常時に比べてやや増えただけだった。今日二十八日午前七時五十一分にまた鳴動した。その響きは前に比べてやや大きかった。当地方に少し灰を降らした。[宮崎県庁報告]

霧島山の鳴動の余響だろうか、三月五日に鹿児島でも幾度となく遠地鳴動を聞いた。[明治二十七年三月六日鹿児島新聞]

 

二月二十五日午前十時三十分に鳴動した。十一時三十七分から同五十七分まで二十分間、焼砂を降らした。幅一尺七寸八分、長さ二尺四寸八分の紙(宮崎新報)で受けたところ重さが三分あった。すなわち一坪に二匁三分の割合である。[宮崎県庁電報]

 

同 28年7月16日(1895.7.16)
十六日午後零時三十分、鳴動が激しく、黒煙を噴出した。[宮崎県庁電報]
十六日午後零時二十六分十六秒、霧島岳が大音響とともに破裂した。[鹿児島県庁および同測候所電報]

噴火 その8

明治28年10月16日(1895.10.16)
午後零時三十分に噴火。鹿児島市では轟然たる爆発音が強く、山麓には焼石が落ちて一面に煙が立った。小林では大鳴動し、家屋・建物は揺れ動き黒煙は激しく、全村を暗くし灰煙を降らした。山の麓では焼石が落下したため家屋二十二軒が出火した。[明治二十八年十月十七日鹿児島新聞]

 

爆発口である御鉢の付近二・三丁のあたりで、この噴火に遭遇した三人連れの男および一名の老女は、いずれも落ちてきた石に打たれて惨死した。爆発の当日、鹿児島では強大な爆発音を聞いたが、霧島の麓(鹿児島県方面だろう)はこれに反して、少しも震動の音を聞かなかった。ただガチガチという奇異な響きをさせただけで、灰は甚だしく降ったという。[明治二十八年十月二十五日国会]

 

高原村では黒煙が空を通過したが降灰はなく、小林村も山に沿ったところだけで、作物に被害はなかった。[明治二十八年十一月九日宮崎新聞]

 

破裂の時刻は鹿児島測候所の公報によれば、十月十六日後零時二十六分十六秒である。降灰はわずかに四つの近くの山の梢の先端を覆ったに過ぎず、植物に害を与えるには至らなかった。日向の西諸県郡小林の近傍で多少の降灰があり、大隅国西曽於郡田口には著しい降灰はなかったという。小林は火口から北へ四里強隔たり、田口は破裂地を隔てること南西わずかに二里弱である。噴出した岩塊はその数すこぶる多く、その大きさは長径が二メートルに及ぶものがある。これらの多くの岩塊は、噴出の勢いによって西方に位置する中岳の側面に向かって無数の円錐形の小孔を穿った。その最も遠くに達したものは、噴火口から約二キロメートルのところにある。そしてこれらの円孔は、御鉢から西方に当たるところに最も多く、その他の方面にはきわめて少なかった。[地学雑誌 山上理学士]

 

同 28年12月18日(1895.12.18)
十二月十八日午後三時三十分頃、一大鳴動が起こり、黒煙が天を突き家屋の反響もまた甚だしく、焼石は同山の東麓に飛散したが、枯れ草が焼失した以外は人畜その他に被害はなかった。灰煙は東方向に吹き送られ、都城地方は硫黄臭の降灰がしきりにあり、顔を向けられない。また南那珂郡飫肥あたりも降灰があった。続いて同二十一日午後一時十五分、再び鳴動、噴煙が甚だしく、山間の村落は一時、視界がきかない状態なった。しかしまた幸いに被害を被ったものはないという。[地学雑誌]

 

在宮崎県の某氏からの通信・・・「昨年十二月十八日午後三時十五分頃、富士旅舎で休息中に大きな鳴響を感じました。一時間ほど経って、霧島岳の方向に当たる空中に黒煙を見受けました。そうしたところまた去る二十一日に鵜戸村の烏帽子峠の上で測点の建設中に、轟然一発。その後およそ三・四十分経ってここまで降灰があり、帽子、外套はもちろん眼の中へもいくらか風のために吹き入るぐらいでした。もっともこの日は西風が激しく、ここの海上までも届いた様子でした。前日の分は飫肥村内へもはっきり降灰があった由です。この日は風向は北西だったでしょう。[同上]