In situ measurement of tsunami generation by volcanic activities

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H02416
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 杉岡 裕子 神戸大学, 海洋底探査センター, 教授 (00359184)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浜野 洋三 神戸大学, 海洋底探査センター, 客員教授 (90011709)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 離島火山 / 火山性津波 / 海底火山 / 水中音波 / リモートモニタリング

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、先行科研費研究課題で構築した離島火山観測システムを基盤とした技術開発研究とリアルタイム監視手法の確立を目指したものであったが、2020ー2021年度に東京都の離島火山の西之島新島近海で実施した完全自立航走観測中において、本システムの推進機構上における潜在的な問題が明らかとなった。これは、2020年12月末から2021年1月初旬にかけて画像解析で認められた火山噴火に対応し、ハイドロフォンならびにマイクロフォンにおいても記録された特徴的な孤立波において、実はこの波形には推進機構であるグライダーの機械的振動によるマイクロフォンセンサーの非線形応答成分が乗じていたことが判明したというものである。特に、火山噴火活動で励起した音波の卓越周期が1秒程度の場合、水中グライダーのフリップ振動周波数が同調するためこの非線形現象が顕著となる問題点については昨年度研究実績概要欄においても報告済みである。
一方、2022年1月15日に発生したフンガ・トンガ＝フンガ・ハアパイ火山の大規模噴火に伴う水中音波を、近傍で観測中のフロート式ハイドロフォンアレイ（MERMAID）で検出することに成功した。更に、マリアナ近海および鬼界カルデラ火山近海の海底から回収された海底電位差磁力計ならびに海底微差圧計・広帯域地震計アレイ観測記録上においても火山噴火に伴う地震、水中音波および気象津波が検出された。気象津波は、大気・海洋結合系の波動現象として説明されるもので、1883年クラカタウ火山噴火時観測以来の非常に希少な現象である（Harkrider and Press, 1967）。一方、今回観測された爆発的噴火に伴う気象津波は全世界中を伝播し、各地の沿岸における津波到来時刻が示したように、通常の地震性津波よりも理論的有意に早く到着するため、防災科学的側面からも本現象を深く理解することは非常に重要である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

2022年1月15日にトンガ近海で発生した爆発的火山噴火に伴う水中音波を直近で観測中の浮遊式ハイドロフォンで取得し、新たな知見が得られた。

Strategy for Future Research Activity

2022年1月15日のフンガ・トンガ＝フンガ・ハアパイ火山噴火に関する先行研究から、この爆発的噴火により発生した気象津波は大気波動伝播に伴うものであったこと、またその卓越波はLamb波（伝播速度~300 m/s）とPekeris波（伝播速度~240 m/s）であったこと、特に後者については伝播速度が海洋重力波のそれと同程度であることから津波増幅に重要な役割を果たしていたことが示唆されている（例えば、Kubota et al., 2022; Suzuki et al., 2023）。
一方、私たちの研究グループでは独自の海底地球物理観測を1999年以降継続的に実施している。当該噴火時においては、2016年から2022年の九州鬼界カルデラ火山‘近海および2020年から2021年のマリアナ近海に大規模な広帯域地震計・微差圧計・電位差磁力計によるアレイ観測網を展開しており、他には類を見ない多角的観測による噴火に伴う地震、水中音波および気象津波記録を取得したことになる。更に、2018年からは当該火山の極近海において、水中浮遊式ハイドロフォン観測網（MERMAID）を日仏米中の4カ国共同で50台規模で展開しており、直近観測での水中音波波形記録を取得した。
これまでに、近地水中音波記録上に検出された噴火活動イベントの殆どは、グローバル地震観測網の遠地地震波形記録解析から推定された一連のイベントとよい対応付けがされるが（Tarumi and Yoshizawa, 2023）、それら以外にも複数の明瞭なイベントが波形解析から認められる。今後の推進方策として、それらの未認定イベント含むすべての噴火活動の時間推移を明らかにするべく、詳細なアレイ波形解析を行う計画である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] コートダジュール大学(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: コートダジュール大学
• [Int'l Joint Research] プリンストン大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: プリンストン大学
• [Int'l Joint Research] 南方科技大学(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 南方科技大学
• [Journal Article] Nature of mantle discontinuities beneath the Ontong Java Plateau (2023)
  • Author(s): Daisuke Suetsugu,Masayuki Obayashi,Takashi Tonegawa,Hajime Shiobara,Hiroko Sugioka,Aki Ito,Takehi Isse,Yasushi Ishihara,Satoru Tanaka,Junko Yoshimitsu
  • Journal Title: Physics of the Earth and Planetary Interiors Volume: 334 Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2022.106969
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inference of velocity structures of oceanic crust and upper mantle from surface waveform fitting (2023)
  • Author(s): Haruka Nagai,Nozomu Takeuchi,Hitoshi Kawakatsu,Hajime Shiobara,Takehi Isse,Hiroko Sugioka,Aki Ito,Hisashi Utada
  • Journal Title: Geophysical Journal International Volume: 233 Pages: 1974-1986
  • DOI: 10.1093/gji/ggad049
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Seafloor depth controls seismograph orientation uncertainty (2022)
  • Author(s): Yasunori Sawaki,Yusuke Yamashita,Shukei Ohyanagi,Emmanuel Soliman M Garcia,Aki Ito,Hiroko Sugioka,Tsutomu Takahashi,Masanao Shinohara,Yoshihiro Ito
  • Journal Title: Geophysical Journal International Volume: 232 Pages: 1376-1392
  • DOI: 10.1093/gji/ggac397
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Characteristics of Kikai caldera volcanic product revealed by seafloor drilling samples (2022)
  • Author(s): Nakaoka Reina,Kaneko Katsuya,Seama Nobukazu,Suzuki Keiko,Kiyosugi Koji,Hanyu Takeshi,Yamamoto Yuzuru,Matsuno Tetsuo,Satoshi Shimizu,Sugioka Hiroko,Yoshiyuki Tatsumi
  • Organizer: 日本地球化学会年会
  • Invited
• [Presentation] Late Pleistocene to Holocene dynamic basin environment at the Osaka Bay: Stratigraphic expressions of tectonic deformation, sea level fluctuation, and tidal waves (2022)
  • Author(s): 浜橋 真理,大塚 宏徳,鈴木 克明,有元 純,山本 由弦,島 伸和,Bowden Stephe,松野 哲男,杉岡 裕子,清水 賢,井和丸 光,佐野 守,鈴木 啓太,金子 克哉,中東 和夫,巽 好幸
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] Frequent occurrence of “rapid” aseismic slip events at the Izu-Bonin Trench (2022)
  • Author(s): 深尾 良夫,久保田 達矢,杉岡 裕子,古恵 亮
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] Broadband dispersion analysis of Love waves: a case study in the oldest Pacific Ocean (2022)
  • Author(s): 川野 由貴,一瀬 建日,竹尾 明子,川勝 均,塩原 肇,竹内 希,杉岡 裕子,Kim YoungHee,歌田 久司,Lee,Sang-Mook
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] Long-term seafloor seismic observation at the Chile triple junction (2022)
  • Author(s): 伊藤 亜妃,塩原 肇,杉岡 裕子,篠原 雅尚,岩森 光,木下 正高,Miller Matthew,Tassara Carlos,Ojeda Javier
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] Travel time anomalies in Chile Triple Junction region (2022)
  • Author(s): 近藤 優子,大林 政行,杉岡 裕子,塩原 肇,伊藤 亜妃,篠原 雅尚,岩森 光,木下 正高,Matthew Miller,Carlos Tassara,Javier Ojeda]
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] Seismoacoustic signals accompany slow slip events at the front of the Izu-Bonin convergent margin (2022)
  • Author(s): 杉岡 裕子,Le,Bras Ronan
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] Three-year seismic observation by hydrophone float (2022)
  • Author(s): 大林 政行,杉岡 裕子,吉光 淳子,Simon Joel
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] Seismological Property and Structure beneath the Seafloor at the Hyuga-nada, Estimated Using Ocean Bottom Seismographs (2022)
  • Author(s): 佐脇 泰典,山下 裕亮,大柳 修慧,mmanuel Soliman Garcia,伊藤 亜妃,杉岡 裕子,高橋 努,篠原 雅尚,伊藤 喜宏
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
  • Invited
• [Presentation] Olivine Fabrics in the Oceanic Lithosphere Constrained by the Pn Azimuthal Anisotropy (2022)
  • Author(s): 竹内 希,一瀬 建日,川勝 均,塩原 肇,杉岡 裕子,伊藤 亜妃,歌田 久司
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] Amphibious passive seismic observation at Kikai submarine caldera (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] Po/So waves traveling in the Ontong Java Plateau (2022)
  • Author(s): 志藤 あずさ,末次 大輔,一瀬 建日,塩原 肇,杉岡 裕子,伊藤 亜妃,石原 靖,田中 聡,大林 政行,利根川 貴志,吉光 淳子
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] 屈折法地震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] 南海トラフ浅部沈み込み帯における地震学的構造の時間変化とスロー地震との関連 (2022)
  • Author(s): 利根川 貴志,悪原 岳,山下 裕亮,杉岡 裕子,篠原 雅尚,武村 俊介,辻 健
  • Organizer: 日本地震学会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] 深海ボア：海溝斜面を遡る流速・水温・水圧の不連続面 (2022)
  • Author(s): 深尾 良夫,杉岡 裕子,塩原 肇,伊藤 亜妃,Kim Taewoo,古恵 亮
  • Organizer: 日本地震学会2022年度秋季大会
• [Presentation] MERMAIDハイドロフォンアレイで捉えたフンガ・トンガ噴火 (2022)
  • Author(s): 大林 政行,吉光 淳子,杉岡 裕子,Joel Simon,Yu Yong
  • Organizer: 日本地震学会2022年度秋季大会
• [Presentation] 海底面での機動的傾斜観測実現に向けた長期試験観測： 温度係数 (2022)
  • Author(s): 塩原 肇,篠原 雅尚,佐藤 利典,伊藤 亜妃,杉岡 裕子
  • Organizer: 日本地震学会2022年度秋季大会
• [Presentation] 紀伊半島南東沖における稠密海底地震計アレイを用いた2020年12月に開始した浅部スロー地震活動の観測 (2022)
  • Author(s): 根岸 幹,小原 一成,武村 俊介,悪原 岳,山下 裕亮,杉岡 裕子,篠原 雅尚
  • Organizer: 日本地震学会2022年度秋季大会
• [Presentation] Finite-frequency Tomography in the Chile Triple Junction Region (2022)
  • Author(s): Kondo, Y, Obayashi, M, Sugioka, H, Ito, A, Shiobara, H., Shinohara, M, Iwamori, H., Kinoshita, M., Matthew Miller, Carlos Tassara, Javier Ojeda
  • Organizer: 日本地震学会2022年度秋季大会
• [Presentation] MERMAIDで検出された2022年トンガ火山噴火に伴うT-phase解析 (2022)
  • Author(s): 村上聡,大林 政行,杉岡 裕子,吉光 淳子, Joel Simon,Yu Yong
  • Organizer: 日本地震学会2022年度秋季大会
• [Presentation] Spatial Relationship of Shallow Slow Earthquake and Strong Negative Velocity Impedance in the Western Nankai Subduction Zone (2022)
  • Author(s): Yasunori Sawaki,Yusuke Yamashita,Shukei Ohyanagi,Emmanuel Garcia,Aki Ito,Hiroko Sugioka,Tsutomu Takahashi,Masanao Shinohara,Yoshihiro Ito
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2022
• [Presentation] A “rapid” aseismic slip multiplet of Mw7.1 in the Izu-Bonin Trench (2022)
  • Author(s): Yoshio Fukao,Tatsuya Kubota,Hiroko Sugioka,Ryo Furue
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2022
• [Presentation] Long-term ocean bottom seismic array observation at the Chile Triple Junction (2022)
  • Author(s): Hajime Shiobara,Aki Ito,Matthew Miller,Hiroko Sugioka,Javier Ojeda,Carlos Tassara,Masanao Shinohara,Masataka Kinoshita,Hikaru Iwamori
  • Organizer: AGU Fall Meeting 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 (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: 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 (2022)
  • 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] 浅部テクトニック微動の高精度震源決定に向けた手法開発 (2022)
  • Author(s): 悪原岳,山下裕亮,杉岡裕子,篠原雅尚
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム2022