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Development of the eruptive sequence prediction method for phreatic eruptions based on petrology and geochemistry of magmatic-hydrothermal systems

Research Project

Project/Area Number 23K20885
Project/Area Number (Other) 21H01166 (2021-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 17030:Human geosciences-related
Research InstitutionIbaraki University

Principal Investigator

長谷川 健  茨城大学, 基礎自然科学野, 准教授 (00574196)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岡田 誠  茨城大学, 理工学研究科(理学野), 教授 (00250978)
大場 司  秋田大学, 国際資源学研究科, 教授 (10272014)
井村 匠  山形大学, 理学部, 助教 (20878524)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Keywords水蒸気噴火 / 熱水変質鉱物 / 岩石学 / 火山 / 走査型電子顕微鏡 / XRD / SEM-EDS / 物質科学 / 変質鉱物 / 古地磁気 / 走査電子顕微鏡・エネルギー分散型X線分析装置 / 噴火推移予測 / ラマン分光 / 古地磁気測定 / ラマン分光測定
Outline of Research at the Start

マグマを噴出しない「水蒸気噴火」は、国内でも平均して年間1件以上の高頻度で発生し、御嶽山2014年噴火と草津白根山2018年噴火では、多くの人命が奪われた。過去のデータによると、水蒸気噴火発生後の中長期的推移は、①数ヵ月以内で終息するパターン、②半年~数十年間断続的に発生するパターン、そして③規模の大きなマグマ噴火に移行するパターン、に分かれる。本研究では、より甚大な被害につながる③に焦点を当て、「最初の水蒸気噴火発生時点でマグマ噴火に移行するかどうかを物質科学的に予測すること」を目指し、その予測手法の確立を目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

マグマを噴出しない「水蒸気噴火」は、国内でも平均して年間1件以上の頻度で発生し、御嶽山2014年噴火と草津白根山2018年噴火では貴い人命が奪われた。過去のデータによると、水蒸気噴火発生後の中長期的推移は、①数ヵ月以内で終息するパターン、②半年~数十年間断続的に発生するパターン、③規模の大きなマグマ噴火に移行するパターン、に分かれる。本研究では、より甚大な被害につながる③に焦点を当て、「最初の水蒸気噴火発生時点でマグマ噴火に移行するかどうかを物質科学的に予測すること」を目指し、その予測手法の確立を目的とする。
これまでに、那須茶臼岳火山を対象に最近約5000年間に発生した多数の水蒸気噴火堆積物の試料を採取し、主に粒度分析、デジタルマイクロスコープ・偏光顕微鏡分析およびX線回折装置(XRD)による分析を行って、パターン③の噴出物に含まれる熱水変質鉱物の種類と特徴を明らかにした。その結果、パターン③の噴出物には熱水変質鉱物として、特徴的にミョウバン石が含まれることが分かった。また、パターン①・②の噴出物に比べて、パターン③の噴出物には、より多くの石英、斜長石が含まれる傾向も認められた。XRD分析においては、それぞれ、2θ=27°, 28°,29°-30°周辺に回折ピークを持つ、石英、斜長石、ミョウバン石の存在を推定できた。ただし、各種鉱物の定義は、化学式と結晶構造で決定されるものであり、特にミョウバン石は、強酸性・高温条件で晶出する「Caミョウバン石」の存在までは明らかにできていないため、これらをSEM-EDSなどで同定することを次年度以降の課題とした。
また、研究対象火山を広げて、福島県の吾妻浄土平火山の歴史時代噴火の噴出物を対象に調査と分析を行った。その結果、最新(江戸時代)の噴出物がパターン③に該当し、次年度以降の研究題材として最も適切であることが分かった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

上記の通り、パターン③の噴出物に含まれる熱水変質鉱物の特徴的な組み合わせ(ミョウバン石、石英、斜長石)の概要は明らかとなっている。同時に、今後は、各種鉱物、とくにミョウバン石の詳しい化学組成をSEM-EDSで明らかにすること、および、研究対象地域を国内外に広げて比較研究を展開すること、を課題点として明確に設定できている。R6年度は、既存の試料についてSEM-EDS分析を進める。また、研究対象地域として、国内は福島県の吾妻火山、海外はインドネシアのディエン火山またはカメルーンのマヌン火山を対象とし、野外調査、室内分析および比較研究を行う予定である。上記の研究計画を遂行することで、当初の研究目的は概ね達成できると考えている。

Strategy for Future Research Activity

令和6年度は、課題研究事業の最終年度である。本事業予算で購入・アップグレードした最新型のSEM-EDSを活用し、まずは那須茶臼岳火山の試料について、パターン③の噴出物に特徴的な鉱物組み合せ(= ミョウバン石、石英、斜長石)を、化学組成データなどから詳しく識別・同定・解析する。ミョウバン石については、カルシウムに富む「Caミョウバン石」の含有量とその産状・形態の特徴を高分解能で明確にする。
那須茶臼岳火山で、パターン③噴出物に含まれる鉱物の組み合わせやその化学組成・産状・形状などの特徴を概ね決定することができたならば、研究対象火山を広げて同様の分析を行い、那須茶臼岳火山との比較研究を行う。この比較研究によって、本研究で開発した分析手法の汎用性をチェックし、より普遍的な噴火推移予測法の確立に近づくことができる。特にXRD分析とSEM-ED分析を組み合わせたCaミョウバン石の識別・同定法を確立し、那須茶臼岳火山の水蒸気噴火堆積物について十分なデータを蓄積した上で、その手法を国内外の他の火山にも適用して、本手法の有効性をチェックする。この比較研究によって、より多くの火山に適用可能な噴火推移予測法モデルを構築できることが期待できる。
また、本研究で確立した分析法や噴火推移予測法は、国内外に広く公表することで、利用範囲が広がり、社会的な貢献度を高めることができる。このため、ある程度の成果が得られた段階で、できるだけ早くそれらを学術大会や原著論文で発表し、世界中の研究者らとの情報共有および議論を行っていく。
最終的には、国内で水蒸気噴火が発生し、本研究で確立した推移予測法を実践する機会を得た場合、ただちにその噴出物を採取し、噴火推移予測の実践を行いたい。ただしこのような機会は、国内で水蒸気噴火が発生し、その噴出物を安全に採取できる条件が揃った場合に限られるため、オプションとして位置付ける。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (66 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (26 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Peer Reviewed: 26 results,  Open Access: 18 results) Presentation (36 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results) Book (2 results)

  • [Int'l Joint Research] ガジャマダ大学/インドネシア国立研究革新庁(インドネシア)

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  • [Journal Article] The genesis of Ba anomaly in pumice lapilli inferred from petrological features: A case study of the caldera-forming eruption of Nigorikawa volcano, Japan2023

    • Author(s)
      Kaneda Yasuaki、Hasegawa Takeshi、Imura Takumi
    • Journal Title

      The Journal of the Geological Society of Japan

      Volume: 129 Issue: 1 Pages: 615-631

    • DOI

      10.5575/geosoc.2023.0027

    • ISSN
      0016-7630, 1349-9963
    • Year and Date
      2023-12-22
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    • Author(s)
      Konishi Takumi、Utsunomiya Masayuki、Okada Makoto、Tamura Itoko
    • Journal Title

      The Journal of the Geological Society of Japan

      Volume: 129 Issue: 1 Pages: 469-487

    • DOI

      10.5575/geosoc.2023.0014

    • ISSN
      0016-7630, 1349-9963
    • Year and Date
      2023-10-31
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    • Author(s)
      長谷川 健、戸丸 淳晴、楠 稚枝、岡田 誠、菊池 文太、柴田 翔平、井村 匠、伴 雅雄、常松 佳恵、山本 裕二、大場 司、鈴木 和馬
    • Journal Title

      BULLETIN OF THE VOLCANOLOGICAL SOCIETY OF JAPAN

      Volume: 68 Issue: 3 Pages: 189-196

    • DOI

      10.18940/kazan.68.3_189

    • ISSN
      0453-4360, 2189-7182
    • Year and Date
      2023-09-30
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      2023 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Eruption history and magma plumbing system of Futamatayama Volcano, southern Fukushima, Japan2023

    • Author(s)
      Watanabe Shota、Hasegawa Takeshi、Obata Naoya、Toyoda Shin、Imayama Takeshi
    • Journal Title

      The Journal of the Geological Society of Japan

      Volume: 129 Issue: 1 Pages: 307-324

    • DOI

      10.5575/geosoc.2022.0061

    • ISSN
      0016-7630, 1349-9963
    • Year and Date
      2023-04-06
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      2023 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Chronology and Magmatic Evolution of Shiobara Caldera-Forming Eruption Deposits, Tochigi Prefecture2023

    • Author(s)
      Nishino Yuki、Hasegawa Takeshi、Ito Hisatoshi、Kikuchi Akihiko、Ooi Shinzou
    • Journal Title

      The Journal of the Geological Society of Japan

      Volume: 129 Issue: 1 Pages: 61-73

    • DOI

      10.5575/geosoc.2022.0046

    • ISSN
      0016-7630, 1349-9963
    • Year and Date
      2023-02-22
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      2022 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Paleomagnetism and paleomagnetic dating to large volcanic bombs: an example from the historical eruption of Azuma?Jododaira volcano, NE Japan2023

    • Author(s)
      Hasegawa Takeshi、Kikuchi Bunta、Shibata Shohei、Yamamoto Yuhji、Imura Takumi、Ban Masao、Tsunematsu Kae、Kusu Chie、Okada Makoto、Ohba Tsukasa
    • Journal Title

      Earth, Planets and Space

      Volume: 75 Issue: 1 Pages: 172-172

    • DOI

      10.1186/s40623-023-01931-3

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      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Multi-method constraints on the age and timescale of silicic small-volume eruptions of Puketerata Volcanic Complex, Taup? Volcanic Zone, New Zealand2023

    • Author(s)
      Kosik Szabolcs、Hasegawa Takeshi、Danisik Martin、Nemeth Karoly、Okada Makoto、Friedrichs Bjarne、Schmitt Axel K.
    • Journal Title

      Earth, Planets and Space

      Volume: 75 Issue: 1 Pages: 107-107

    • DOI

      10.1186/s40623-023-01861-0

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      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Varying stages of ecological succession in lakes subdivided by volcanic eruptions at Akan Caldera, Japan2023

    • Author(s)
      Wakana Isamu、Kadono Yasuro、Urabe Jotaro、Tamura Yuki、Suzuki Yoshifusa、Yamada Hiroyuki、Oyama Yoichi、Wada Keiji、Hasegawa Takeshi、Ohara Masashi
    • Journal Title

      Hydrobiologia

      Volume: 850 Issue: 18 Pages: 3919-3933

    • DOI

      10.1007/s10750-023-05231-5

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      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Geological constraints on volcanic-fluid pathways at the Maruyamasawa-Fumarolic-Geothermal-Area, and its relation to the present magmatic-hydrothermal activity in Zao Volcano, Tohoku, Japan2023

    • Author(s)
      Imura Takumi、Ban Masao、Tsunematsu Kae、Goto Akio、Okada Jun、Kuri Miwa
    • Journal Title

      Journal of Volcanology and Geothermal Research

      Volume: 437 Pages: 107793-107793

    • DOI

      10.1016/j.jvolgeores.2023.107793

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      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Characteristics of ash particles from the maar complex of Lamongan Volcanic Field (LVF), East Java, Indonesia: How textural features and magma composition control ash morphology2023

    • Author(s)
      Gurusinga Muhammad Andriansyah、Ohba Tsukasa、Harijoko Agung、Hoshide Takashi
    • Journal Title

      Volcanica

      Volume: 6 Issue: 2 Pages: 415-436

    • DOI

      10.30909/vol.06.02.415436

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      2023 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Paleomagnetic constraint of the age and duration of the Taupo Eruption, New Zealand2023

    • Author(s)
      Hasegawa Takeshi、Greve Annika、Gravley Darren M.、Kusu Chie、Kaneda Yasuaki、Shibata Shohei、Okada Makoto、K?sik Szabolcs、Mochizuki Nobutatsu、Turner Gillian
    • Journal Title

      Earth, Planets and Space

      Volume: 75 Issue: 1 Pages: 1-17

    • DOI

      10.1186/s40623-023-01779-7

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Eruptive history of the last-1300-years activity of Kelud volcano, Indonesia: Inferences from stratigraphy, chronology, sedimentology, componentry, and geochemistry2023

    • Author(s)
      Indriyanto Jananda N.、Ohba Tsukasa、Hoshide Takashi、Angkasa Syahreza S.、Abdurrachman Mirzam
    • Journal Title

      Journal of Volcanology and Geothermal Research

      Volume: 433 Pages: 107723-107723

    • DOI

      10.1016/j.jvolgeores.2022.107723

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Late Holocene Tephrostratigraphy at Chokai Volcano, Northern Japan, and Contribution to Hazard Assessment2022

    • Author(s)
      Ohba Tsukasa、Hayashi Shintaro、Ban Masao、Imura Takumi、Minami Yusuke、Endo Masahiro、Akita University 1-1 Tegata-gakuen-machi, Akita, Akita 010-8502, Japan、Yamagata University, Yamagata, Japan、National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Tsukuba, Japan
    • Journal Title

      Journal of Disaster Research

      Volume: 17 Issue: 5 Pages: 724-735

    • DOI

      10.20965/jdr.2022.p0724

    • ISSN
      1881-2473, 1883-8030
    • Year and Date
      2022-08-01
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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Geologic and Petrologic Characteristics of the Lahar Deposits at the Western Foot of Zao Volcano2022

    • Author(s)
      Ban M., Kawashima K., Tsunematsu K., Imura T., Kataoka K.S., Yamanoi T.
    • Journal Title

      Journal of Disaster Research

      Volume: 17 Issue: 5 Pages: 736-744

    • DOI

      10.20965/jdr.2022.p0736

    • ISSN
      1881-2473, 1883-8030
    • Year and Date
      2022-08-01
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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Eruption Sequence of 40 ka Caldera-forming Eruption (Kp I) from Kutcharo Volcano, Eastern Hokkaido, Japan: Generation Processes of Large-scale Phreatoplinian Eruption2022

    • Author(s)
      柴田 翔平、長谷川 健
    • Journal Title

      BULLETIN OF THE VOLCANOLOGICAL SOCIETY OF JAPAN

      Volume: 67 Issue: 2 Pages: 149-169

    • DOI

      10.18940/kazan.67.2_149

    • ISSN
      0453-4360, 2189-7182
    • Year and Date
      2022-06-30
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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Geological, geophysical, and geochemical constraints on the time-space evolution of Akan composite caldera, Hokkaido, Japan2022

    • Author(s)
      Hasegawa Takeshi、Nakagawa Mitsuhiro、Kamiyama Hiroyuki、Yamamoto Akihiko
    • Journal Title

      Frontiers in Earth Science

      Volume: 10

    • DOI

      10.3389/feart.2022.953152

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The complexities of assessing volcanic hazards along the Cameroon Volcanic Line using spatial distribution of monogenetic volcanoes2022

    • Author(s)
      Schmidt Christoph、Laag Christian、Whitehead Melody、Profe Jorn、Tongwa Aka Festus、Hasegawa Takeshi、Kereszturi Gabor
    • Journal Title

      Journal of Volcanology and Geothermal Research

      Volume: 427 Pages: 107558-107558

    • DOI

      10.1016/j.jvolgeores.2022.107558

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Lahar deposits along the Nigorikawa River in the eastern foot of Zao Volcano, Japan, during the last 8000?years2022

    • Author(s)
      Ban Masao、Kawashima Konosuke、Tsunematsu Kae、Kataoka Kyoko S.、Imura Takumi
    • Journal Title

      Journal of Volcanology and Geothermal Research

      Volume: 432 Pages: 107685-107685

    • DOI

      10.1016/j.jvolgeores.2022.107685

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  • [Journal Article] Geochemical composition of dykes along the Cameroon Line (CL): Petrogenesis and similarities with the Central Atlantic Magmatic Province2022

    • Author(s)
      Asaah Asobo Nkengmatia Elvis、Yokoyama Tetsuya、Iwamori Hikaru、Aka Festus Tongwa、Tamen Jules、Kuritani Takeshi、Usui Tomohiro、Hasegawa Takeshi、Fozing Eric Martial
    • Journal Title

      Geochemistry

      Volume: - Issue: 2 Pages: 125865-125865

    • DOI

      10.1016/j.chemer.2022.125865

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  • [Journal Article] No evidence for tephra in Greenland from the historic eruption of Vesuvius in 79 CE: implications for geochronology and paleoclimatology2022

    • Author(s)
      Plunkett Gill、Sigl Michael、Schwaiger Hans F.、Tomlinson Emma L.、Toohey Matthew、McConnell Joseph R.、Pilcher Jonathan R.、Hasegawa Takeshi、Siebe Claus
    • Journal Title

      Climate of the Past

      Volume: 18 Issue: 1 Pages: 45-65

    • DOI

      10.5194/cp-18-45-2022

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    • Author(s)
      長谷川 健、柴田 翔平、小林 哲夫、望月 伸竜、中川 光弘、岸本 博志
    • Journal Title

      BULLETIN OF THE VOLCANOLOGICAL SOCIETY OF JAPAN

      Volume: 66 Issue: 3 Pages: 187-210

    • DOI

      10.18940/kazan.66.3_187

    • NAID

      130008112023

    • ISSN
      0453-4360, 2189-7182
    • Year and Date
      2021-09-30
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    • Author(s)
      Nche Linus Anye、Hasegawa Takeshi、Aka Festus Tongwa、Kobayashi Tetsuo、Nemeth Karoly、Asaah Asobo Nkengmatia Elvis、Kaneda Yasuaki、Nishihara Ayumu、Bate-Tibang Edith Etakah、Lebga Aloysious Kohtem、Tiabou Anicet Feudjio、Ngwa Caroline Neh、Suh Cheo Emmanuel
    • Journal Title

      Journal of Volcanology and Geothermal Research

      Volume: 412 Pages: 107170-107170

    • DOI

      10.1016/j.jvolgeores.2020.107170

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  • [Journal Article] Identi!cation of Betula ovaliforia pollen and the vegetation history since 6500 cal BP of the Nishibetsu Mire, eastern Hokkaido2021

    • Author(s)
      吉川昌伸・鈴木三男・佐藤雅俊・小林和貴・長谷川健・吉川純子・戸田博史
    • Journal Title

      Japanese Journal of Historical Botany

      Volume: 29 Issue: 2 Pages: 37-52

    • DOI

      10.34596/hisbot.29.2_37

    • NAID

      40022576434

    • ISSN
      0915-003X, 2435-9238
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  • [Journal Article] High-μ signature in lavas of Mt. Oku: Implications for lithospheric and asthenospheric contributions to the magmatism of the Cameroon Volcanic Line (West Africa)2021

    • Author(s)
      Asaah A.N.E.、Yokoyama T.、Iwamori H.、Aka F.T.、Kuritani T.、Usui T.、Tamen J.、Gountie Dedzo M.、Chako-Tchamabe B.、Hasegawa T.、Nche L.A.、Ohba T.
    • Journal Title

      Lithos

      Volume: 400-401 Pages: 106416-106416

    • DOI

      10.1016/j.lithos.2021.106416

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    • Author(s)
      Mochizuki Nobutatsu、Fujii Satomu、Hasegawa Takeshi、Yamamoto Yuhji、Hatakeyama Tadahiro、Yamashita Daisuke、Okada Makoto、Shibuya Hidetoshi
    • Journal Title

      Earth and Planetary Science Letters

      Volume: 572 Pages: 117119-117119

    • DOI

      10.1016/j.epsl.2021.117119

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    • Author(s)
      金田 泰明、長谷川 健
    • Journal Title

      PROGRAMME AND ABSTRACTS THE VOLCANOLOGICAL SOCIETY OF JAPAN

      Volume: 2021 Issue: 0 Pages: 50-50

    • DOI

      10.18940/vsj.2021.0_50

    • NAID

      130008162355

    • ISSN
      2189-7190, 2433-5320
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      Imayama, T., Sato, A., Driota, D., Kaneda, Y., Watanabe, S., Hasegawa, T., Minami, M., Wakasugi, Y., Wakaki, S., and Keewook, Y
    • Organizer
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    • Author(s)
      渡部将太, 長谷川 健, 松本亜希子, Aka, F. T., 中川光弘
    • Organizer
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      長田 美里、長谷川 健、柴田 翔平
    • Organizer
      JpGU Meeting 2023
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      柴田 翔平、長谷川 健
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      長谷川 健、楠 稚枝、岡田 誠、平塚 葵、西来 邦章、佐藤 勇輝
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      Nche, L. A. Hasegawa, T., Aka, F. T., Miyabuchi, Y., Kaneda, Y., Watanabe, S., Ngwa, C. N., Ohba, T.
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      IAVCEI Commission 11th Workshop on Volcanic Lakes. S?o Miguel, Portugal
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      金田泰明・長谷川健・井村 匠
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      Shibata, S., Hasegawa, T., Tanimoto, A., Mochizuki, N., Okada, M.
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      Hasegawa, T., Shibata S., Kaneda, Y., Salazar, R., Kusu, C., Yamasaki, T., Madison, M., Wilson, C.J.N., Okada, M.
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      IAVCEI Commission 8th International Workshop on Collapse Calderas
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      IAVCEI 2023, Rotorua
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      Aka, F.T., Hasegawa, T., Watanabe, S., Asaah, A.N.E., Nche N.A., Iwamori, H., Sumino, H., Yokoyama, T., Ichihara, M., Ohba, T.
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    • Publisher
      平凡社
    • ISBN
      9784582115086
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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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