Development of a real-time observation method for eruption transition using rock magnetic properties of volcanic ash
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22K18864
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 25:Social systems engineering, safety engineering, disaster prevention engineering, and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中村 美千彦 東北大学, 理学研究科, 教授 (70260528)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 恵子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 研究員 (10803926)
佐藤 雅彦 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (50723277)
無盡 真弓 東北大学, 理学研究科, 助教 (60822004)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 新燃岳 / 火山灰 / 帯磁率 / 磁鉄鉱 / 火山噴火 / 即時観測 / 火山防災 |
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| Outline of Research at the Start |
火山噴出物に含まれる磁性鉱物の種類や粒子サイズ等によって決定される帯磁率は、煩雑な前処理なしに測定できるだけでなく、従来の物理観測では判別できなかった噴出物の起源やマグマ組成、火道上昇速度などの情報を記録している。そこで噴火活動の物質科学的な即時観測という全く新しい分野を開拓するため、まず水蒸気噴火開始時の火山灰をフィールドにおいて普及型の帯磁率計で数分以内に分析し、本格的なマグマ噴火への移行を判定する手法を確立する。また火山ガラス中に含まれるナノ結晶の磁気特性を明らかにすることで、火道浅部でのマグマ挙動を推定する方法を開発する。以上を火山防災のコミュニティに広く公表し、社会実装を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの予察的な研究で、2018年3月1日～6日にかけて霧島火山新燃岳から噴出した火山灰は、初期帯磁率が時間とともに上昇することが認められた。そこで帯磁率を測定した火山灰の実体顕微鏡および電界放出型走査電子顕微鏡の観察を行った。その結果、異質・類質物質の割合が噴火の推移とともに低くなり、本質物質の割合が噴火の推移とともに高くなることが見出された。また、帯磁率の変化と最も相関があるのは、斑晶に相当する10 μm以上の変質を伴わないFe-Ti酸化鉱物を含む粒子の割合であることが分かった。今回は遊離結晶を火山灰粒子の構成比率の測定からは除外したが、それも含めてFe-Ti酸化物斑晶の分級効果を詳しく検討する必要がある。水蒸気爆発からマグマ噴火に移行する際, マグマ物質の割合が増え、結果として新鮮な斑晶磁鉄鉱の割合が増えた可能性がある。一方で、地表付近のマグマの挙動を反映する石基の磁鉄鉱ウルトラナノライトを含む火山灰粒子の割合は、帯磁率の変化とは明瞭な相関を示さなかった。本質物質に含まれる斑晶磁鉄鉱の多くは酸化ラメラ・析出ラメラを生じておらず多磁区だと考えられるが、含まれる粒子の合計質量が、超常磁性や単磁区の磁鉄鉱ウルトラナノライト、ナノライトに比べて多いため、斑晶磁鉄鉱の量が帯磁率を支配している可能性がある。
超伝導量子干渉素子を用いたカンタムデザイン社ＭＰＭＳ装置による桜島火山灰の超高感度測定では、多様な種類・サイズの磁性鉱物が含まれることがわかった。斑晶～マイクロライトの多磁区サイズのチタン磁鉄鉱と、石基のウルトラナノライトサイズの磁鉄鉱の他、顕微鏡・電子顕微鏡による岩石記載では認識されていなかった組成・サイズの鉄チタン酸化物が存在することも明らかとなり、より詳しいＭＰＭＳ分析によって磁気岩石学が開拓される可能性があることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新燃岳2018年噴火火山灰の構成粒子が細粒で多様のため、観察と記載的な分類にやや時間がかかったが、磁鉄鉱斑晶量の効果の大きさに気付くなど、重要な結果を得ることができた。MPMS測定でも、認識していなかった磁性鉱物の存在が発見されるなど、極めて興味深い結果が得られている。物品の一部が他経費で充当できたことや学会へのオンライン参加等により、物品費や旅費を中心に初年度の使用額は予定より少なかったが、さらに分析を増やす２年目以降に有効に活用できる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
新燃岳2017年～18年噴火の火山灰は、研究分担者が独立に記載を行ったものが産総研に保管されているので、そのサンプルについて帯磁率測定を行い、東北大サンプルの傾向が再現できるかどうかを確かめる。再現できた場合には、岩石記載により分類された各粒子グループの典型的なものをピックアップしなおしMPMS測定を行う。またMPMSの測定結果と、東北大で使用しているBartington社MS-2G帯磁率計による帯磁率との対応づけを行う。
もし産総研サンプルについて東北大サンプルの傾向が再現できない場合には、その理由を考察する。たとえば遊離磁鉄鉱斑晶がほぼ大部分を決定してしまう場合には、噴火の強弱で磁鉄鉱粒子の量が変わっているかもしれない。東北大サンプルについて、遊離結晶を含めて構成比率時間変化を出し直し、磁鉄鉱を含む火山灰粒子と、遊離結晶が増えていく様子が示せれば課題はクリアできる。また、密度の大きい遊離結晶が分級しないようなサンプリングがなされた場合のみ、傾向が出る可能性もある（たとえばごく細粒の火山灰、十分に粗粒の火山灰など）。もし、記載的な分類と帯磁率の大小が相関しない場合には、帯磁率を反映した記載的な分類方法を検討する。
一般に、本質物質の中でも発泡度が上がればUN磁鉄鉱の量が減り、斑晶磁鉄鉱と相反して帯磁率を減少させる可能性がある。火山灰の主要構成成分が変質・酸化粒子→類質or固結したマグマヘッド→発泡粒子の順に変化する場合、帯磁率は低い→高い→やや高い と変化する可能性があり、変化傾向とともに絶対値を考慮する必要があるかもしれない。そのほか、必要に応じて一連の噴火活動を記録した新燃岳以外のサンプルについても測定を試してみる。
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
