| 研究課題/領域番号 |
18H01290
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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, 講師 (00374215)
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| 研究分担者 |
大場 武 東海大学, 理学部, 教授 (60203915)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 水蒸気噴火 / 土壌気体水銀 / 破砕帯 / ヘリウム同位体比 |
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| 研究実績の概要 |
草津白根山において前年度までに実施した土壌拡散気体水銀（GEMと呼ぶ）の放出量分布観測によれば，観光地化されている白根火砕丘南側斜面において，高い値が帯状に広がっていることが確認された．これは，実際に地下深部からのごくわずかな火山ガス供給を反映したものと考えられるが，地表付近の環境に由来する可能性を排除できない．
本研究の目標は僅かな火山ガスの増減をGEMにより捉えることだから，観測候補地におけるGEMの起源を明らかにすることが必要である．そこで2019年度は，ヘリウム同位体比に注目した．通常，ヘリウム同位体比測定のための試料は火山ガス噴気孔や温泉湧出口から採取される．これは，ヘリウム安定同位体比の測定が大気混入の影響を強く受けるためである．今回，地中の粘土層にパイプを打ち込み，数週間放置した後で真空瓶にて採取することで，地中ガスにおけるヘリウム安定同位体比の測定を実施した．このような事例は，世界的に見ても殆ど報告例がない．得られた値によれば，地中ガスは確かに大気と異なる値を示しており，高GEM放出域は地中からのガス供給が周辺よりも高いことが強く示唆された．このガスの起源は2種類以上あり，両者の混合比が場所により異なるなど，ガス供給系は複雑であることが示唆された．
これを受けて，この高GEM放出域で地中GEM連続観測を行うための装置をロシア国より輸入した．室内実験によれば，当初は測定値が不安定であった．そのため一部の部品を交換し，当初の仕様通りの性能が実現できることを確認した．
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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
白根火砕丘の南側斜面周辺において GEM放出率の不均質を見出した．特に東京工業大学の観測局舎（KSR）周辺では比較的大きなGEM放出率が認められ，これが確かに地下深部からのガス供給を反映したものであることがヘリウム安定同位体比の測定から示唆された．地中ガスからヘリウム安定同位体比が得られた例は世界的にも殆ど報告例がなく，今回，我々で構築したガス採取方法により，ヘリウムを使った地下構造推定という，新たな方向性を見出すこともできた．GEMは測定が容易な一方で，ヘリウムは測定が難しいが高精度分析が可能である．両者を組み合わせることで，従来では不可能だった面的調査を，高い信頼性で実施できるかもしれない．
これまでの結果に基づき，GEM連続観測場所としてKSRを選定することができた．近年，草津白根山の火山活動が不安定であり，噴火等の危険もあることから現地調査可能な領域が限定されるが，KSRであれば専門業者が立ち入ることも可能である．同領域は100年前に水蒸気爆発が繰り返し発生した場所にも近く，観光駐車場や国道も整備されていることから，防災という最終目標を見据えた好適地である．その意味で，当初研究計画において期待していた通りの進捗が得られている．
土壌気体水銀の自動連続観測システムについても，製造元のロシア企業と議論を重ねた結果，測定阻害要因である周辺大気中の気体水銀の影響については，工夫を施すことで解決させる目途が立った．一方で，ガス吸引口から水滴が侵入することで装置故障が起きるリスクが指摘されている．これは，長期自動連続を行う上で問題となるため，水銀測定に影響を与えない水滴除去機構を構築したうえで連続観測を始める必要がある．
以上のように，当初計画通りに進捗している状況ではないが，目的達成に向かって概ね順調に進んでいる．
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| 今後の研究の推進方策 |
特に本年度はGEM自動連続観測を実施することを主たる目標とする．前述の水滴除去機構については様々な装置が存在するが，やはり長期の動作安定性には課題が残る．また，地中に設けるガス吸引口についても，考え方により複数の選択肢が存在する．以上のことから，夏季において，数日間程度の観測を何度か繰り返しながら，最適な設置方法を探ることとする．この数日間の観測においても，データを草津白根山火山観測所にてモニタリングできるようにして，気象要因のほか，群発地震活動などとの関係について目算を付け，最終年度において達成すべき目標を定める．
一方，測定されるGEMの起源に関しても研究を進める．例えば，地中温度分布や土壌CO2放出率の測定も重要であろう．特に，前年度に試行したヘリウム測定と同様の方法で地中ガスを採取してC安定同位体比を測定する．さらに，採取ガス量を増やして組成比（He/N2など）を分析する．これらの化学的手法により，当地で観測される火山ガスの起源について検討を進める．
また，得られるGEM放出率の時間変動が火山学的にどのような意味を持つか検討する．そのために，気象要因によるGEM放出率変化を分離する方法について，気象観測および文献調査により検討を進める．
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