| 研究課題/領域番号 |
22K03735
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分17030:地球人間圏科学関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
寺田 暁彦 東京工業大学, 理学院, 准教授 (00374215)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 土壌気体水銀 / 側噴火 / 水蒸気噴火 / 熱水系 / 火山防災 / 地中温度 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
活動中の火口の外側において，将来的に「側噴火」が発生する可能性の高い場所を探し当てる．そのために，土壌から揮発する気体水銀を高精度で多点観測する．水銀は温泉や火山ガスに含まれる微量成分で，透水性の高い亀裂を通じて上昇してくる．環境中の水銀存在量は極めて少ないので，ごく僅かな水銀でも，それは火山ガスの上昇に対応している可能性がある．本研究は，水俣病公害の原因物質でもある水銀と，噴火災害軽減とを結びつけ，地中に潜在する亀裂を地球化学的に検出する新しい試みである．主たるフィールドは，2018年，活動火口から 1.2 km 離れて草木が生い茂っていた山林から突然噴火を発生させた草津白根火山である．
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| 研究実績の概要 |
精密水銀測定の結果，地表面からの土壌気体水銀放出率φの定点24時間連続観測を複数個所で実施した．その結果，いずれの地点でも，地中 0-2 cm の温度 T とφとの間に，ある経験的関係が成立することが分かった．その関係は，いったん地表下付近に集積された水銀が，日射による温度変化に応じて大気へ放出されているものと理解できる．
地表面に水銀が蓄積されているとしたら，その起源は地下深部だけでなく，大気からの沈着が考えられる．そこで，表土を深度 30 cm まで取り除いたうえで，改めて精密水銀放出率測定を行った．その結果，非火山地域の水銀放出量は測定限界以下であったが，火山地域では有意な水銀放出が観測された．この測定結果は，深部からの水銀供給が火山地域において存在することを示している．
これまで得られたφと T の関係に基づき，観測データを補正した．その結果，草津白根山・白根火砕丘南側斜面では，周辺の平均値よりも約 10 倍高い水銀放出が起きていることが示された．このような高水銀放出域は湯釜火口から南方へ帯状に分布しており，それは，過去に側噴火が繰り返し発生してきた領域に一致する．
ただし，水銀の起源はマグマガスに限らず，例えばHgSなどを含む堆積物や，あるいは人工的な廃棄物が埋積されている可能性も挙げられる．そこで，高水銀放出域の地中から土壌ガスを採取して，その 4He/20Ne を分析した．その結果，本領域の土壌ガスに数％のマグマガスが含まれていることが分かった．さらに，3He/4He から，マグマ起源ヘリウムの放出率は 0.3 ng/m2/s と定量できた．
同領域は植生に覆われて熱活動が存在しないが，現在も透水性が高い破砕帯に相当することが，本研究から示唆された．また，マグマガスの関与する熱水系と地表が接続していると考えられる．このような領域は，将来も側噴火の発生する危険性が高い．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は草津白根山の定点において24時間観測実施したことで，土壌放出が日変化する様子を詳細に捉えることができた．さらに，非火山地域においても同様の測定を行ったことで，これまで未知であった地表面付近の水銀の動態について重要な知見を得ることができたのは大きな進展である．
さらに，従前より検出されていた高水銀放出域，およびその周辺から地中ガスを採取し，その希ガス安定同位体分析も予定通り実施した．その結果，高水銀放出域において，周辺よりも有意に高いマグマガスの関与が認められた．すなわち，地中を上昇してくる僅かなマグマガスを検知するために，気体水銀が有効であることを強く示すことができたのは，大きな成果である．
一方で，本年度に導入した可搬型の水銀測定装置は，室内にて動作テストを行った段階であり，本研究課題の目的であるフィールドでの多点観測という観点では準備段階に留まっている．以上の経緯から，進捗状況としては「概ね順調に進展している」とする．
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| 今後の研究の推進方策 |
従来の化学分析対象は噴気や温泉試料であり，これらは，当然のことながら噴気や温泉が存在する必要がある．本研究で確立した方法によれば，場所を選ばず，熱活動の有無にもよらず，側噴火発生が懸念される領域で調査できる．また，マグマ起源ガスが検出できれば，そのモニタリングも比較的容易と思われる．試料採取のため危険な高温噴気に近づく必要もなく，安全かつ容易に繰り返しガスを採取できる．このように，土壌ガスは新たな火山監視項目になり得る．
そのような観点で，今後は水銀観測の普遍性について理解を深める必要がある．具体的には，測定領域を2018年に噴火した本白根山などへ拡大して，水銀放出域のマッピングを行う．火口や噴気域で高い水銀放出が起きていることを確認するほか，それ以外の領域で高水銀放出域を見出しだ場合は，地中ガスを採取して希ガス同位体比などを測定することで，ガスの起源を明らかにする．
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