冷却殻を考慮した溶岩流の模擬実験と防災を目的とした数値モデル開発及び検討

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12780343
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 宮本 英昭 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (00312992)
• キーワード: 溶岩流 / 数値シミュレーション / 火山 / インフレーション / 冷却殻 / 溶岩チューブ / 防災 / 富士山

研究概要

冷却殻が溶岩流の流動に与える影響について、実験を通じて新たな理論的解析手法を開発した。この際溶岩チューブの形成が問題となる為、野外調査を実施して溶岩チューブの重要性を確認した。
実験は冷却殻が成長しない非ニュートン流体(カオリン混濁液)と、冷却殻が形成されるニュートン流体(パラフィンワックス)の2種について行なった。そして、1.現実の溶岩に良く見られる幾つもの流れが重なり合う現象は、冷却殻の無い条件では再現できないこと、2.パラフィンの流れはレイノルズ数やペクレ数の意味で溶岩流と類似しているとともに、冷却殻が現実的に成長するので、溶岩流の様々な形態的特徴をうまく再現できること、3.冷却によるレオロジー的成層構造が流動形態に大きく影響を与えること、を明らかにした。
この実験結果から、冷却殻を持つ流れについて流れの分岐及びそれに伴う被覆域の成長に関する新しい理論を提案した。これは先頭が停止した後も背後からの流体の流入によって溶岩チューブを形成し、その時に増加した流体内部の過剰圧が流れの厚さの増加に寄与するというもので、その圧力と引張強度との兼ね合いで分岐の条件を見積もることができる。これは同時に、横方向へ被覆域が増加する場合の到達距離を、理論的に示す事になり、流れつづける溶岩流の横方向への成長限界を表すという意味で、防災面からも重要であると考えられる。この新しい理論によって初めて、いわゆる「バルク物性」を用いない方法で、溶岩流の巨視的な挙動を数値的に取り扱う事が可能になった。
ここで、溶岩チューブが被覆域拡大に重要な役割を果たす事が示唆された。しかし溶岩チューブは発見が難しく、詳しい研究が無い。そこで本研究は、地中レーダーで未発見の溶岩チューブを発見できる事を野外調査で明らかにし、今後具体的な事例に基づいた理論の検証が可能である事を示した。

研究成果

• [文献書誌] Miyamato, H.: "Experimental studies on non-Newtonian fluid flows as analogues of lava flows : Toward a numerical model with a cooling crust"Theol. Appl.Mech. v.50. 351-356 (2001)
• [文献書誌] Miyamato, H.: "Acquisition of Ground Penetrating Radar data to detect lava tubes : Preliminary results on the Komoriana cave at Fuji volcano in Japan"Bull.Eng.Geol>Env. (in press).
• [文献書誌] Ormo, J: "Computer modelling of the water resurge at a marine impact : the Lockne crater, Sweden"Deep Sea Research. (in press).
• [文献書誌] Miyamato, H.: "Laboratory experiments to investigate breakout and bifurcation of lava flows on Mars"AGU Spring Meeting abstract. P41A-01 (2001)
• [文献書誌] Zimbelman, J.R: "New Views of Volcanism on Mars : Recent Observations and Computer Simulations"AGU Spring Meeting abstract. V42A-02 (2001)
• [文献書誌] Miyamato, H.: "Importance of surface crusts on lava flow behaviors : Laboratory experiments and numerical simulations"Proc.ASEGE. 70-73 (2001)
• [文献書誌] Miyamato, H.: "Ground Penetrating Radar to detect lava tubes : preliminary results of a GPR application to Fuji volcano, Japan"Lunar Planet.Sci. XXXIII. GDR-1482 (2002)
• [文献書誌] 宮本英昭: "非ニュートン流体の流動実験による冷却殻の成長と溶岩流の停止条件に関する検討"応用地質学会平成12年度研究発表会講演論文集. (2000)
• [文献書誌] 宮本英昭: "非ニュートン流体を用いた溶岩流のモデル実験と数値モデルに向けた検討"第50回理論応用力学講演会講演論文集. 391-392 (2001)
• [文献書誌] 宮本英昭: "冷却殻を伴う溶岩流の挙動:室内実験による検討"応用地質学会平成13年度研究発表会講演論文集. 319-322 (2001)
• [文献書誌] Miyamoto, H: "Land and Marine Hydrogeology"Prospects of engineering applications of submarine-groundwater-discharge research in Japan(in press).
• [文献書誌] 宮本英昭: "森に学ぶ101のヒント"奇妙な類似、火星と富士山の土石流. 158-159 (2001)