巨大カルデラ噴火を導いたマグマ供給系の現状把握

• Project/Area Number: 20H00199
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 島 伸和 神戸大学, 理学研究科, 教授 (30270862)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 揚二朗 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(地震津波予測研究開発センター), 主任研究員 (10540859) ; 松野 哲男 神戸大学, 海洋底探査センター, 准教授 (80512508) ; 伊藤 亜妃 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(火山・地球内部研究センター), 副主任研究員 (90371723)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥46,930,000 (Direct Cost: ¥36,100,000、Indirect Cost: ¥10,830,000); Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2021: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2020: ¥35,100,000 (Direct Cost: ¥27,000,000、Indirect Cost: ¥8,100,000)
• Keywords: 巨大カルデラ噴火 / 鬼界海底カルデラ火山 / マグマ供給系 / 海陸統合地震観測 / 海底電磁気観測

Outline of Research at the Start

日本火山列島で最も直近（7300年前）に巨大カルデラ噴火を起こした「鬼界海底カルデラ火山」を対象として、海底・陸上でのアレイ長期観測で得られる自然地震・地磁気変化を利用した地震波・電磁気トモグラフィを行い、上部マントルから地殻にかけて高精度イメージングを実施する。これにより、(a) モホ面直下までの上部マントル内を上昇するマントルダイアピル、(b) 地殻最下部の部分融解ゾーン、(c) 上部地殻内で成長／残存する巨大マグマ溜り、の存在とその位置・規模・形状・状態を明らかにする。その結果、巨大カルデラ噴火を導いたマグマ供給系の現状を把握し、巨大カルデラ噴火に至るメカニズムの理解を進める。

Outline of Annual Research Achievements

研究目的を達成するために、鹿児島市の南約100kmの海域に位置する「鬼界海底カルデラ火山」を対象として、この巨大カルデラ火山のマグマ供給系全体の地球物理学的なイメージングを実施した。これにより、鬼界カルデラ直下に存在すると考えられる特徴的な構造の位置や大きさ等を把握する。
本年度は、臨時陸上観測点として観測を継続していた種子島の広帯域地震計を11月に回収した。一方、これまでに海底および陸上での長期観測で得られた観測データの解析を進めることで、鬼界カルデラ火山のマグマ溜り等の溶融体を含むマグマ供給系の構造を示唆する予察的な結果が得られている。具体的には、まず海底電位差磁力計で得られた地磁気観測データの3次元構造解析を行った。この時、新たに開発したインバージョン手法を利用し、この手法を実データに対応させるチューニングを行っている。この解析結果は、カルデラ下の深さ1-5 kmに低比抵抗領域の存在を示唆する。また、短周期および広帯域海底地震計・陸上観測で得られた地震波形データをもとに、走時を用いたローカルトモグラフィを実施した。カルデラ直下10～40km付近およびマントル内に低速度域がイメージされ、それぞれ地殻内とマントル内のメルト上昇流に関連すると解釈している。
反射法地震探査のデータ解析等に基づき、7300年前の巨大噴火である鬼界アカホヤ噴火の噴出物が海底に堆積していることを認定して総噴出量を推定し、この結果を学術論文として公表した。また、屈折法地震探査により推定した鬼界カルデラ直下を含む浅部の地震波速度構造の結果から、マグマ溜まりを認定した。このマグマ溜まりの大きさと鬼界アカホヤ噴火の総噴出量との比較により、巨大噴火を引き起こすもととなるマグマの再注入モデルを提案した。この結果は、学会等で発表し、現在学術論文としてまとめている。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Submarine pyroclastic deposits from 7.3 ka caldera-forming Kikai-Akahoya eruption (2024)
  • Author(s): Shimizu Satoshi、Nakaoka Reina、Seama Nobukazu、Suzuki-Kamata Keiko、Kaneko Katsuya、Kiyosugi Koji、Iwamaru Hikaru、Sano Mamoru、Matsuno Tetsuo、Sugioka Hiroko、Tatsumi Yoshiyuki
  • Journal Title: Journal of Volcanology and Geothermal Research Volume: 448 Pages: 108017-108017
  • DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2024.108017
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 調査船による海底火山研究－鬼界海底カルデラプロジェクトを例として－ (2022)
  • Author(s): 島 伸和
  • Journal Title: 日本船舶海洋工学会誌 KANRIN（咸臨） Volume: 101 Pages: 22-27
• [Journal Article] Kikai Submarine Caldera Project - Investigations on Mechanism of Super-eruption (2021)
  • Author(s): 島 伸和
  • Journal Title: Marine Engineering Volume: 56 Issue: 1 Pages: 139-143
  • DOI: 10.5988/jime.56.139
  • NAID: 130007975698
  • ISSN: 1346-1427, 1884-3778
  • Year and Date: 2021-01-01
• [Presentation] 鬼界カルデラ海底火山周辺における三次元比抵抗構造 (2024)
  • Author(s): 小畑 拓実, 荒木 将允, 廣瀬 時, 松野 哲男, 南 拓人, 大塚 宏徳, 巽 好幸, 杉岡 裕子, 市原 寛, 島 伸和
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム2023
• [Presentation] 7.3 ka Kikai-Akahoya eruption of the Kikai submarine caldera volcano and current status of magma re-injection (2024)
  • Author(s): Nobukazu Seama, Akihiro Nagaya, Gou Fujie, Satoshi Shimizu, Reina Nakaoka, Satoru Tanaka, Yojiro Yamamoto, Hiroki Miyamachi, Hiroko Sugioka,, Shuichi Kodaira
  • Organizer: International Symposium “Submarine caldera volcanoes” Kobe, Japan
• [Presentation] Seismic velocity structure at Kikai submarine caldera deduced from amphibious passive seismic observation (2024)
  • Author(s): Yojiro Yamamoto, Aki Ito, Yasushi Ishihara, Masayuki Obayashi, Satoru Tanaka, Haruhisa Nakamichi, Hiroshi Yakiwara, Yukihiro Nakatani, Hiroko Sugioka, Hironori Otsuka, Tetsuo Matsuno, Nobukazu Seama
  • Organizer: International Symposium “Submarine caldera volcanoes” Kobe, Japan
• [Presentation] 3-D resistivity structure under the Kikai submarine caldera volcano (2024)
  • Author(s): Takumi Obata, Masamitsu Araki, Toki Hirose, Tetsuo Matsuno, Takuto Minami, Yoshiya Usui, Hironori Otsuka, Yoshiyuki Tatsumi, Hiroko Sugioka, Hiroshi Ichihara, Nobukazu Seama
  • Organizer: International Symposium “Submarine caldera volcanoes” Kobe, Japan
• [Presentation] 鬼界海底カルデラ火山の集中的な調査研究 (2023)
  • Author(s): 島 伸和
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
  • Invited
• [Presentation] 屈折法地震探査によって明らかになった鬼界カルデラ海底火山地下の低速度異常 (2023)
  • Author(s): 長屋 暁大, 藤江 剛, 小平 秀一, 田中 聡, 山本 揚二朗, 杉岡 裕子, 宮町 宏樹, 松野 哲男, 大塚 宏徳, 鈴木 啓太, 島 伸和
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] Imaging 3D resistivity structure under the seafloor of Kikai caldera volcano (2023)
  • Author(s): 小畑 拓実, 荒木 将允, 廣瀬 時, 松野 哲男, 南 拓人, 大塚 宏徳, 巽 好幸, 杉岡 裕子, 羽生 毅, 田中 聡, 市原 寛, 島 伸和
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] 鬼界カルデラ火山海底下の三次元比抵抗構造解析 (2023)
  • Author(s): 小畑 拓実, 荒木 将允, 廣瀬 時, 松野 哲男, 南 拓人, 大塚 宏徳, 巽 好幸, 杉岡 裕子, 市原 寛, 島 伸和
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会2023年秋季年会
• [Presentation] 鬼界海底カルデラの総合調査 (2023)
  • Author(s): 田中 聡・羽生 毅・藤江 剛・山本 揚二朗・小平 秀一・宮崎 隆・臼井 洋一・上木 賢太・Maria Luisa G. Tejada・宮町 宏樹・西来 邦明・佐藤 勇輝・島 伸和・鈴木 桂子・金子 克哉・松野 哲男・清杉 孝司・中岡 礼奈・大塚 宏徳・清水 賢・荒木 将允・長屋 暁大・小畑 拓実・ならびに課題提案者一同
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム2022
• [Presentation] 屈折法地震波構造探査によって明らかになった鬼界カルデラ火山直下の低速度領域 (2023)
  • Author(s): 長屋 暁大・藤江 剛・小平 秀一・田中 聡・山本 揚二朗・杉岡 裕子・宮町 宏樹、松野 哲男・大塚 宏徳・鈴木 啓太・島 伸和
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム2022
• [Presentation] 鬼界カルデラ火山海底下の三次元比抵抗構造解析 (2023)
  • Author(s): 小畑 拓実・荒木 将允・廣瀬 時・沖園 雄希・松野 哲男・南 拓人・大塚 宏徳・巽 好幸・杉岡 裕子・島 伸和，羽生 毅・田中 聡・市原 寛
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム2022
• [Presentation] 鬼界海底カルデラにおける海陸自然地震観測 (2022)
  • Author(s): 山本 揚二朗・伊藤 亜妃・石原 靖・大林 政行・田中 聡・中道 治久・八木原 寛・仲谷 幸浩・杉岡 裕子・大塚 宏徳・松野 哲男・島 伸和
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] 屈折法地震波探査によって推定された鬼界カルデラ地下の地震波速度構造 (2022)
  • Author(s): 長屋 暁大・藤江 剛・小平 秀一・田中 聡・山本 揚二朗・杉岡 裕子・宮町 宏樹・松野 哲男・大塚 宏徳・鈴木 啓太・島 伸和
  • Organizer: 日本火山学会2022年度秋季大会
• [Presentation] 屈折法地震波探査による鬼界カルデラ地下の地震波速度構造の推定 (2022)
  • Author(s): 長屋 暁大・藤江 剛・小平 秀一・田中 聡・山本 揚二朗・杉岡 裕子・宮町 宏樹・松野 哲男・大塚 宏徳・鈴木 啓太・島 伸和
  • Organizer: 日本地震学会2022年度秋季大会
• [Presentation] 海底地形効果を考慮した3次元比抵抗構造解析手法の開発 (2022)
  • Author(s): 小畑 拓実・荒木 将允・松野 哲男・南 拓人・島 伸和
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会2022年秋学会
• [Remarks] 海底を覆う大量の鬼界カルデラ巨大噴火の噴出物を発見 -過去1万2千年で地球上最大の噴出量-
  • URL: https://www.kobe-u.ac.jp/ja/news/article/20240222-21789/
• [Remarks] Biggest Holocene volcano eruption found on seabed
  • URL: https://www.kobe-u.ac.jp/en/news/article/20240222-21789/