火山噴火は予測が極めて難しいが、レーザーを用いた新たな手法が役立つ可能性がある。
レーザーを用いたこの手法は、噴出したマグマの化学組成を時間経過とともに読み取るために使用できる。
研究者らは、噴火の約2週間前に溶岩の化学組成に重要な変化があることを発見した。
火山が溶岩や火山灰を噴き出したというニュースを耳にすると、近くに住む人々のことを心配されるかもしれない。実際には、世界中でほぼ10人に1人が活火山から100キロメートル以内に暮らしている。火山の近くで暮らし、肥沃な土壌で農業を営んだり、壮観な景観を訪れたりする人々にとって、噴火の要因を理解することは極めて重要である。
なぜ火山は噴火するのか。噴火はどのように推移するのか。いつ終息するのか。
私たちの新たな研究は、本日『Science Advances』誌に掲載されたもので、レーザー技術を応用し、噴出したマグマの化学組成を時間経過とともに読み取るものである。
マグマの化学組成は、その流動性、爆発性、そして危険性の度合いに影響を与えるため、本研究は将来の火山噴火の推移に関する監視と予測に役立つ可能性がある。
噴出した溶融物の化学組成を解明する
マグマ（溶融した岩石）は、液体（「メルト」と呼ばれる）、ガス、そして地表に向けて上昇する過程で温度が下がるにつれて成長する結晶から構成されている。
マグマが噴火して溶岩流となると、ガス（水蒸気、二酸化炭素、二酸化硫黄などの化合物を含む）を放出し、冷えて火山岩になる。この岩石には、火山の内部でゆっくり冷えた結晶が含まれており、それは地表で急速に冷えたより細粒の岩石基質に埋め込まれている。
その結果、火山岩は「ロッキーロード」チョコレートに少し似た見た目になることがある。火山の内部で形成された結晶は、噴火に至るまでの経緯を記録する優れた資料である。しかし、地表まで結晶を運んでいくメルトに焦点を当て、噴火を通じてメルトの性質がどのように変化するかを調べたい場合には、結晶が妨げとなることがある。
メルトの信号を分離するため、目の手術に用いられるものと同様の紫外線レーザーを使用し、大きな結晶の間にある岩石基質を吹き飛ばした。
その後、レーザーによって生成された粒子を質量分析法により分析し、火山基質の化学組成を決定した。この手法により、迅速な化学分析が可能となる。
この手法は、岩石全体を従来の方法で分析する場合や、砕いた岩石試料から基質と結晶片を手間をかけて分離する場合と比べ、メルトの化学組成とその時間経過による変化をより迅速かつ詳細に測定できる。結晶を「大きい」と呼んでいるが、実際には塩の粒ほどの小ささであることが多く（運が良ければひよこ豆ほどの大きさのこともある）、取り除くことも困難である。
カナリア諸島における壊滅的な災害
本研究は、2021年のラ・パルマ島での噴火に焦点を当てた。これはカナリア諸島で記録に残る中で最も破壊的な火山噴火である。
2021年9月から12月にかけて、合計1億6,000万立方メートルの溶岩が12平方キロメートル以上の土地を覆った。1,600戸以上の住宅が破壊され、7,000人以上の住民が避難を余儀なくされ、8億6,000万ユーロ（14億オーストラリアドル）を超える損失が生じた。
噴火の3か月間を通じて、スペインの共同研究者らが系統的に採取した溶岩試料を分析した。これらは噴火日が正確にわかっている貴重な試料であり、採取地点の多くは噴火後の新たな溶岩に覆われている。
レーザーを用いた手法により、地震や二酸化硫黄の放出量の変化、さらには噴火の様式やそれに伴う危険性と関連した溶岩の化学組成の変動を確認できた。これには、噴火初期に「ブルドーザー」のように作用した粘り気の強い溶岩から、噴火後期に急速な溶岩河や溶岩トンネルを形成するさらさらとした溶岩への変化が含まれていた。
また、噴火が終息するおよそ2週間前に溶岩の化学組成に重要な変化があったことも判明した。これは、マグマの供給量の減少に伴うマグマの冷却を示唆している。
同様の変化は、今後世界各地で発生する噴火において、噴火の終息傾向を示す兆候として監視できる可能性がある。
火山活動の予測
火山の噴火を防ぐことはできず、またフランスのSF作家ジュール・ヴェルヌが想像したように火山の内部へ入ることも、まだできない。しかし、火山モニタリングは過去数十年で飛躍的に向上し、火山を間接的に「のぞき込み」、その活動をより正確に予測できるようになった。
本研究の目的は、将来の噴火時に採取される火山試料を検査するための実験室ツールを提供することにある。その目標は、噴火の推移を読み解き、噴火がなぜ始まり、いつ終わるのかを理解することである。
世界では、いつでも約50の火山が噴火しているため、ニュースで別の火山の噴火をまもなく目にすることになるだろう。今こそ火山科学の重要性を考え、火山がどのように機能し、何が噴火を引き起こすのかについての理解を深め、周辺住民を守ることを考えてほしい。
