2018 Fiscal Year Annual Research Report
軽石の気泡構造に記録されたカルデラ噴火機構を探る：物理実験と地質調査の双方向から
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17J05094
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
大橋 正俊 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | Tube Pumice / 気泡変形 / 噴出物解析 / カルデラ噴火 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カルデラ形成を伴う破局的な噴火では，tube pumiceと呼ばれる噴出物が多く見つかり、その形成機構の解明は重要である。本研究は3つのパートから成り立つ．①アナログ実験から気泡変形の物理モデルを構築する．②tube pumiceに関する地質調査から、気泡形態の定量的データを取得する．③地質データに物理モデルを適用し、カルデラ噴火のダイナミクスを支配する力学条件・境界条件に制約を与える．本年度では，主に①の改良と応用，②のパートに取り組んだ．
昨年度に開発した気泡変形モデルを，より実際の火山噴火における気泡変形に近づくように改良した．火山噴火では，揮発性成分の脱ガスに伴い，マグマ全体の密度が軽くなるため，破砕面付近でマグマは急加速する．この急加速に伴う純粋せん断と気泡の膨張のどちらが，気泡形状を支配しているかどうかは，火道流モデルを作る上で，非常に重要な問題である．そこで，弾性体力学で使用されているEshelby 理論を拡張し，粘性流体に応用することで，この問題を解決した．
また、気泡変形モデルを天然の噴出物に含まれる気泡に適用し，気泡が噴火中に経験したひずみ速度とひずみを推定した．一つのサンプルの中で気泡半径と気泡変形度の関係に注目し，気泡の変形モデルを適用することで，マグマ流動中に気泡が経験した歪みを計算した．また，この歪みを元にして気泡の変形時間を推定したところ，2.7-4.0分という値になった
さらに、Tube Pumiceの産出状況を調べ，サンプルを採取するため，New Zealandに2ヶ月ほど滞在し、NTaupoカルデラを調査した．その結果、天然の噴火では，Tube Pumice以外にも，丸い気泡を含む軽石や溶岩片と一緒に産出することがわかった．また，Tube Pumiceは，火砕流に多く含まれることがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
非定常気泡変形モデルを開発し、火道流内の気泡変形を計算できる意義は大きい。また、それを天然の噴出物に使える見通しが付いた。New Zelandの地質調査では、十分な量の軽石を採取し、そのX線CTスキャンが順調に進んでいる。以上のことから、本研究の課題は概ね順調に進んでいると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、昨年度に採取したTube Pumiceの気泡構造解析を進めると共に、火道流モデルを発展させる。2次元火道流モデルを開発することにより、空間的な気泡変形を把握する予定である。
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