（1）噴火のダイナミクスの解明を目指した実験と理論研究

　マグマ破砕過程を「粘弾性流体の破壊現象」と位置づけ，定量的モデル化に向けた粘弾性構成方程式の構築と数値計算手法の開発を進めた．そのためのモデル物質として，ポリウレタンフォームを用いて伸長実験を行い，カルデラ噴火の際に噴出する発泡マグマに特有な構造として知られている，一様に伸長した気泡構造を再現することに成功した．この実験データを用いて，これまで開発してきた気泡変形計算プログラムの検証を行った．計算は単一気泡の変形理論を用いているが，発泡度が60%を超えるような試料に対しても，多数の気泡の平均的な変形度の歪みや歪み速度依存性は再現できることを示した．その結果，噴火の火道流モデルから得られる歪み速度プロファイルと，噴出物の気泡変形度を定量的に関係づけることが可能となり，最も新しいカルデラ噴火であるタウポ火山の1800年前の噴火に対して応用した．また，単純なマクスウェル型の粘弾性を示す光弾性物質を用いた変形・破壊実験に着手した．加速を伴う3次元の変形場の中で，流動から破壊へと遷移する様子を，光弾性を利用した弾性歪の可視化を含めて観察した．本研究から，流体の破壊を支配する要因が明らかになると期待している．

（2）火山噴煙ダイナミクスのシミュレーション研究

　爆発的火山噴火で見られる噴煙柱・火砕流の噴煙ダイナミクスと，火山灰輸送・堆積プロセスの解明を目指し，数値モデルの開発とそれを用いた大規模シミュレーション研究を進めている．火山灰は噴煙によって上空へと運ばれ，噴煙から離脱すると大気風によって広範囲に移流・拡散する．どのサイズの火山灰が噴煙のどの位置から離脱するかが，火山灰輸送の問題で鍵となる．この問題に取り組むため，60μm〜64mmという現実的な粒径のトレーサー粒子を導入した噴煙ダイナミクスシミュレーションを行った．海洋研究開発機構の地球シミュレータをはじめとする複数のスーパーコンピュータを利用し，空間分割：数十億グリッド・トレーサー粒子：数百万個の大規模３次元シミュレーションを実施した．富士山宝永噴火とSt. Helens 1980年噴火に相当する２種類の噴火規模を火口条件とし，大気の風速を変えたパラメータスタディを行った．その結果，噴煙内での火山灰粒子挙動を再現することに成功し，詳細な解析へとつながる大容量データを蓄積した．大気中の火山灰は航空路障害に，地表への降灰は健康被害や様々なインフラ障害につながるため，このような数値シミュレーション結果はハザードマップ作成の基礎データとなり得る．

（3）大規模噴火に関する研究

　南九州鬼界カルデラで7.3 kaに発生した超巨大噴火（鬼界アカホヤ噴火）は，完新世における地球上最大規模の噴火である．鬼界火山の活動履歴やアカホヤ噴火の推移については近年理解が進みつつあるが，未解決の問題も残されている．その中の一つに長浜溶岩（流紋岩質溶岩）の年代問題がある．薩摩硫黄島西部の基盤を構成する長浜溶岩が，カルデラ形成期以前，数十万年前の溶岩であるとする説と，上位の堆積物との層序関係から鬼界アカホヤ噴火の前駆的活動で生じたものとする説があり，年代学的な検討が十分に行われていないことが長年問題となっていた．そこで，長浜溶岩の実態を明らかにするために，長浜溶岩上の海抜約60 m地点でボーリング掘削を実施した．この掘削は北海道大学と共同で2018年1〜12月に行われ，306.6 mの掘削試料を得ることに成功した．このコアの解析の結果，長浜溶岩は深度11-190 m（水深130 mに相当）に存在し，その直下の深度190-230 mには貝殻を含む粗粒砂質層を主体とした海成の地層が存在することがわかった．さらに下位（230m以深）には斜長石斑晶に富む複数枚の安山岩質溶岩が存在する．長浜溶岩直下の砂層に含まれる複数の貝殻の ¹⁴C年代測定を行ったところ，7000〜8300 calBPの年代値が得られた．これにより，長浜溶岩の活動が鬼界アカホヤ噴火に先行する活動であったことがはじめて地質学的・年代学的に明らかになった．長浜溶岩とアカホヤ噴火の岩石学的関係，大規模噴火に先行する溶岩流活動の役割など，巨大噴火を起こしたマグマシステムとその進化について研究を進めている．