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

昨年度に開発した気泡変形モデルと、準二次元定常火道流モデルによる流れ場を組み合わせ、噴火時における火道中の気泡変形を計算した。天然の観察結果と比較するため、実際の噴火(Taupoプリニー式噴火)を再現するように、火道流モデルのパラメータを設定した。また、研究1年目の予備的なモデルの計算結果を踏まえ、先行研究の火道流モデルを改良し、粘性摩擦による発熱の効果を取り入れた。火道壁付近に存在するマグマは、粘性が低下し、歪み速度が集中する。その結果、火道断面を横切る速度分布は、Parabolic状からPlug状になった。火道中心部付近では、火道壁からのせん断変形の効果がなくなり、気泡変形は抑制された。一方で、ニュージーランドの北島に位置するTaupo火山の気泡組織解析を実施した。定常な噴煙柱を形成するプリニー式噴火で噴出した軽石の気泡は中程度の伸長度を持つ一方、大規模火砕流を伴うカルデラ噴火の軽石では、大きく伸びた気泡の割合が増加した。先ほどの数値計算結果は、天然の気泡形状と整合的であった。カルデラ噴火でも数値計算をしたところ、先ほどのプリニー噴火とは異なり、大きく伸びた気泡の割合が増加するような結果を得た。これは、火道半径が大きいことに起因する。カルデラ噴火では火道半径が大きいため、粘性摩擦の効果が弱まり、Parabolic状の速度分布になったのである。火道中心付近における、せん断変形の効果が強くなり、大きく伸びた気泡、つまりTube Pumiceが増加した。本研究は、火道流モデルと天然の気泡形状の比較を通し、定量的にTube Pumice形成の原因を提示することが出来た。この新しい火道流モデルは、カルデラ噴火の理解に大きく貢献すると期待している。

昨年度に開発した気泡変形モデルと、準二次元定常火道流モデルによる流れ場を組み合わせ、噴火時における火道中の気泡変形を計算した。天然の観察結果と比較するため、実際の噴火(Taupoプリニー式噴火)を再現するように、火道流モデルのパラメータを設定した。また、研究1年目の予備的なモデルの計算結果を踏まえ、先行研究の火道流モデルを改良し、粘性摩擦による発熱の効果を取り入れた。火道壁付近に存在するマグマは、粘性が低下し、歪み速度が集中する。その結果、火道断面を横切る速度分布は、Parabolic状からPlug状になった。火道中心部付近では、火道壁からのせん断変形の効果がなくなり、気泡変形は抑制された。一方で、ニュージーランドの北島に位置するTaupo火山の気泡組織解析を実施した。定常な噴煙柱を形成するプリニー式噴火で噴出した軽石の気泡は中程度の伸長度を持つ一方、大規模火砕流を伴うカルデラ噴火の軽石では、大きく伸びた気泡の割合が増加した。先ほどの数値計算結果は、天然の気泡形状と整合的であった。カルデラ噴火でも数値計算をしたところ、先ほどのプリニー噴火とは異なり、大きく伸びた気泡の割合が増加するような結果を得た。これは、火道半径が大きいことに起因する。カルデラ噴火では火道半径が大きいため、粘性摩擦の効果が弱まり、Parabolic状の速度分布になったのである。火道中心付近における、せん断変形の効果が強くなり、大きく伸びた気泡、つまりTube Pumiceが増加した。本研究は、火道流モデルと天然の気泡形状の比較を通し、定量的にTube Pumice形成の原因を提示することが出来た。この新しい火道流モデルは、カルデラ噴火の理解に大きく貢献すると期待している。