(a) ミュオグラフィ検出器　－ 並列ミュオグラフィの強化

　2006年に地震研究所が火山内部を世界に先駆けて描き出して以来，ミュオグラフィは急速に世界に広まりつつある．ミュオグラフィとは，宇宙線に含まれる高エネルギー素粒子・ミューオンの強い透過力を利用して，キロメートルを超えるサイズの巨大物体内部を透視し，その内部の密度構造を可視化する技術である．これまで第2世代システムのノイズ低減能力を強化することで2013年に薩摩硫黄島で発生した噴火において，マグマの昇降をとらえることに成功しているが，薩摩硫黄島は小規模火山として位置付けられるため，ミュオグラフィを桜島のような中規模火山に適用しようとすると，より厚い岩盤を通り抜けることができる極めて低強度のミューオンを一定時間内にできるだけ多く記録する必要がある．そのためにミュオグラフィ観測装置を並列化することでミューオンに対する実質的な有感面積を拡大した．
　2015年から2017年にかけて学術交流協定，知的財産協定など種々の協定を締結してきたハンガリー科学アカデミーウィグナー物理学研究センターとの協働により，2017年には軽量高解像度ミュオグラフィ観測システム（Multi-wire-proportional-chamber-based Muography Observation System; MMOS）を開発した．これは軽量でありながらも第2世代システム以上の高いノイズ低減能力と従来技術を一桁以上凌駕する解像力を実現した．ただ，有感面積が不十分であったため，2017～2018年にかけて口径を順次拡大し，現在では4.5㎡となっている（図3.8.1）．これをさらに拡大し，年度内にこれを5.9㎡とすることを計画している．また，並列化に起因して，システム全体の故障率が上がった．故障の原因は主にイーザーネットケーブルから流入する雷サージであり，複数台の観測装置すべて無線LANによって通信する方式を採用することで故障率が軽減された．また，装置の安定運用を目的としたMMOS近傍の温度，湿度，気圧のリアルタイムオンラインモニタリングシステムが実装されたことで，2018年10月以降は，すべての機器が一度も止まることなく安定的に稼働している．
　一方，2017年1月より約半年間測定して得られた画像と2018年1月より約半年間測定して得られた画像との比較を行った．その結果,南岳火口下において, 2018年1月以降に有意に密度が増加していることを確認した（図3.8.2）．この密度増加は，2018年初からの南岳の活発化と良い相関を示している．これが活動の実況を反映しているのか，切迫性評価を示す材料になるかについては，火山学の各分野の研究者とさらに連携して検討していく．

(b) ボアホール設置型ラジオグラフィー

　宇宙線ミューオンは上空からのみ飛来する．したがって，断層破砕帯や地滑り面等の地下構造を透視するためには，測定対象を見上げるように，ミューオン検出器を地下深く掘削坑（ボアホール）等に埋設することが必要となる．しかし，ボアホールのような狭隘な空間では，センサーの有効面積を大きくとることが困難であり，ミューオン・フラックスは限られた量しか得られないので，それを有効に活用する観測技術の開発が不可欠となる．
　2014年度までに，跡津川断層（岐阜県飛騨市の山中）近傍に掘削された最大深度350ｍのボアホールを利用して，深度100ｍまでのミューオン・フラックスデータを取得した．その解析結果では，断層破砕帯の走行方向に有意なフラックス増加を検出し，それが深度50ｍから95ｍにかけて存在する破砕帯沿いに期待される空隙率の増加と整合することが見出された．また，断層の傾斜角が従来のモデル（〜90°）とは異なり，約70°であることも判明した．これを受け，2015年度は検出器の高感度化・高分解能化のため，新型の検出器を製作した．新型検出器は，方位角方向8方向に分割された二層のシンチレーターで構成され，方位角方向に分解能を有する．また，検出器内の構成要素の配置を最適化し，シンチレーターの面積を最大化することで幾何学的に計算される検出器のアクセプタンスは約3倍となった．更に，電源供給を除く全ての装置を検出器筐体中に収め，超低消費電力データ収集エレクトロニクスを採用した．これらの改良により，検出器の感度・分解能および観測作業性が大きく向上した．
　2017年度は，断層の三次元構造決定に向けたデータ収集を深度180 mまでの各深度において長期間にわたり行った．2018年度は，取得したデータについて詳細な解析を進める一方で，素粒子相互作用シミュレータGeant4や，ミューオンの生成伝搬を計算可能なMCEqを組み合わせた，検出器および周辺地形と断層を含めたシミュレーションツールを開発した．図3.8.3に検出器外観，ボアホール周囲の地形，一例として深さ50mにおける観測データとシミュレーションで得た期待値との比較を示す．ボアホールは谷底にあり，谷に沿った東西方向は開けているため到来ミューオン数が多く，南北方向はミューオン数が少なくなる事が期待されており，測定データにはそれが現れている．今後，さらに詳細なデータ解析を進め，各深さごとの測定値と期待値との比較から，断層の三次元構造探査を進める．

太陽系の岩石惑星の中でも、地球は、海と陸、活発な地震・火山活動、プレート運動と大陸移動、地球磁場を有し、生命を宿す「にぎやかな惑星」である。なぜ兄弟惑星である火星や金星と異なりこれほど活発で多様性に富むのか、その仕組み・鍵の一つは水にあると考えている。物質科学系研究部門・岩森研究室では、これらのユニークな地球の営み（＝地球ダイナミクス）について、特に水と固体地球の相互作用に注目しながら、温泉や火山の調査、室内分析、データ統計解析、数値シミュレーションなど、さまざまなフィールドや手法を組み合わせて研究している。2017-2018年には、

• カムチャッカ半島に沈み込んだ海山が、通常の火山帯の位置よりもずっと海溝に近い場所で流体を放出し、予期せぬ場所に特異かつ多様なマグマ活動（これまでに沈み込み帯から報告されている中で最も高い「6300 ppmのニッケル量をもつカンラン石」を含む安山岩活動など）を引き起こしたこと、
• 46億年のマントル対流の歴史において、水は、表層岩盤を柔らかくすることで、複数のプレートの生成とその相対運動を引き起こすと同時に、沈み込むプレートによって地球内部に効率的に吸い込まれ、現在の表層海洋質量におちついた可能性があること（逆説的に言えば、プレート運動が起こっていたとすれば、地球内部には多量の水が存在すること）、
• 地表に噴出した溶岩を、「地球マントルの血液検査」にみたて、その微量元素濃度や同位体比の多変量統計解析を行ったところ、地球マントルが大まかには東西半球に2分され、それは数億年～10億年前に主に東半球に存在した「超大陸」に集中して起こった沈み込みと「親水成分」によって形成されたと推定されること、

などを明らかにした。

(1) テレメータシステムの運用管理

観測開発基盤センターの地震・火山観測網で，地震波形データをはじめとする，各種リアルタイム観測データの伝送および連続収録を行うテレメータシステムの運用管理を継続している．研究者が目的に応じて接続するセンサーの連続データを，途切れなく伝送し収集・提供するとともに，一部イベント収録処理も行う．伝送手段としては衛星通信(VSAT)や，ISDN・ADSL・光回線・無線LAN・モバイル通信等，最新の通信技術を取り入れた各種IP通信回線を利用している．管轄する観測点数は地震・火山合わせて約200である．特に衛星通信については，全国の大学の共同利用設備として，VSATシステムのハ ブ局を東京と長野の2か所で運用し，140局のVSATの維持管理を行い，地上回線の利用が困難な山間僻地や離島での機動的な観測研究に貢献している．観測点からフレッツ系およびモバイル系回線でデータをSINET5のデータセンタ（長野，松江）へ直接収集して直ちにJDXnetに乗せる，耐災害性の高いデータ伝送システムを運用継続し，2018年度末には，名古屋大学や高知大学等の観測点を含め，合計で約200点が対応した．

(2) 全国の大学を含む各機関とのデータ交換システムの運用管理

リアルタイム観測データの全国的な流通のため，各大学や地震火山情報センターと協力して，高速広域網新JGNとSINET5のそれぞれ L2VLANサービスや，フレッツ系回線等を利用し，全国の大学等を結ぶJDXnet(Japan Data eXchange network)を構築・運用管理している．また，地震観測に関係する全国の大学を代表して，東京大手町にあるTDX(Tokyo Data eXchange)を介した，気象庁・防災科研等他観測機関とのリアルタイムデータ交換の窓口の役割を果たしている．そのために，TDX，衛星通信ハブ局 等の拠点間を接続する延長約300kmの光ファイバー通信網を構築・運用管理している．これらの高速広域ネットワークにより，全国の広範な研究者が各機関 の全国千数百観測点に上るリアルタイム観測データを研究利用することが可能になっている．

(3) 収集データの利用支援

テレメータシステムやデータ交換システムによって収集されたデータは，所内ネットワークやインターネットを通じて所内外の研究者に提供される．それ には収録済みデータのオンライン利用やオフライン利用（テープの再生等）とともに，インターネットやJDXnetを介したリアルタイム配信サービスも含まれる．これら所内外の共同利用ユーザーに対する技術的および手続き面での支援を行っている．また，これまでに蓄積されたすべての地震データをオンライン提供するため，地震予知研究センター・地震火山センターと協力して，記憶容量1.3 ペタバイトの長期間地震波形データ等解析システムを導入し,システム開発を継続した．地震波形データについては，地震研究所の保有する1989年からのデータ320TBが本システムに格納された．（地震予知研究センターの章参照）．

(4) 観測機材の全国共同利用への対応

地震観測用VSATシステムおよび地上テレメータ装置，データロガー等を地震研共同利用の手続きに従って，全国の大学の研究者に提供(貸し出し)しており，2019年2月4日現在の貸し出し数は747件である．

　南海トラフ地震に関連する情報（臨時）（以下，南海トラフ地震関連情報）は，南海トラフ周辺で気象庁が異常現象を観測した時に発表される情報である．この情報は，有識者によって構成される南海トラフ沿いの地震に関する評価検討会による助言を受けて，気象庁長官が発表する．その情報の内容は，種々あり得る異常現象について，その時に得られる様々な観測データをもって，様々な観点からの判断がなされた上で決められるものである．しかし，現在公表されている関連資料や地震学の知識から，具体的にどのような段階でどのような内容の情報が発表されうるのかを考えることは，情報の受け取り手が防災対応を考えていく上で有用であることから，南海トラフ地震関連情報の内容に関する思考実験を行った．なお，関連資料としては主に，中央防災会議の南海トラフ沿いの異常な現象への防災対応検討ワーキンググループおよび防災対応のための南海トラフ沿いの異常な現象に関する評価基準検討部会の公開資料を用いた．
（http://www.bousai.go.jp/jishin/nankai/taio_wg/taio_wg_02.html）

　南海トラフ周辺で発生する異常現象の種類と，その時に発表されうる南海トラフ地震関連情報のフローチャートは図3.10.2のようになり，情報内容の種類は６種類になると考えられる．南海トラフ地震関連情報に含まれる内容は，科学的判断により「現在どのような状況なのか」を説明する部分だけではない．それに加えて，事前に社会的コンセンサスを得た「自然現象のカテゴリ分け」のうち，今回の事象はどのカテゴリに当たるのかを説明する部分と，同じく事前に社会的コンセンサスを得た「各カテゴリに対応する防災対応」を呼びかける部分も含まれることになると考えられる．南海トラフ周辺で発生する自然現象は，科学的にはカテゴリ分けの線引きが難しいものであるが，どのカテゴリに相当するのかを考えるためには，科学的知見が必要である．このように，事前に決められた社会的コンセンサスについて科学的判断を加えなければならないという点が，気象庁の発表する他の予警報と南海トラフ地震関連情報が異なる点であり，南海トラフ地震関連情報の情報作成の難しいところであろう．