火山の噴火は予測不可能だが、地質学者たちはその謎を解明した

2018 年 6 月 26 日、ガラパゴス諸島のイサベラ島で巨大なゾウガメが眠る中で、地面が揺れた。その後間もなく、島にそびえるシエラ ネグラ火山が噴火し始めた。その後 2 か月にわたり、火山の割れ目からはおよそ 19 平方マイルの面積を覆うほどの溶岩が噴出した。

これはシエラネグラ山の最初の噴火ではない。過去1世紀だけでも少なくとも7回噴火している。しかし、2018年の現象が特別だったのは、地質学者が1月という早い時期に噴火の日付を予測していたことだ。実際、彼らはその日付を正確にほぼ予測していた。

確かに、それは幸運な予測だった。今日、サイエンス・アドバンス誌に発表された論文で、研究者たちは、なぜ自分たちの予測が的中したのか、そしてどうすればシミュレーションを再び正しく実行できるのかを解明した。シエラ・ネグラは、人がまばらな群島にある火山の一つにすぎないが、世界中の何億人もの人々が火山の危険地帯に住んでいることを考えると、こうした予測を他の火口に適用すれば、数え切れないほどの命が救われる可能性がある。

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「まだやるべきことはたくさんあるが、火山予測は今後数十年で現実になるかもしれない」と、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の地質学者で論文の著者の一人、パトリシア・グレッグ氏は言う。

噴火を予測することは天気を予測するのと似ています。非常に多くの変数と変動要素があるため、未来を予測しながら瞬間を描写することはますます困難になります。明日の予報は信頼できるかもしれませんが、1 週間先の予報をそれほど信頼することはないかもしれません。

それにより、グレッグ氏と同僚が噴火の5か月前にシエラネグラ火山の噴火予報を出したことは、さらに幸運だったと言える。その頃には火山は地震活動の急増とともにうなり声を上げ始めていたが、予報官たち自身も、それが賭けだったと認めている。

「これはあくまでテストのつもりだった」とグレッグは言う。「予測が正確だとはあまり信じていなかった」

しかし、シエラ・ネグラは火山予測を微調整するのに理想的な実験室だ。15年から20年に1度噴火するため、エクアドルと世界各国の科学者が継続的に監視し、綿密に調査されている。2017年までに、彼らの観測機器は将来の噴火を示唆する新たな地響きを捉えていた。

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専門家は、シエラネグラのような火山が噴火するのは、その下にあるマグマが溜まったときであることを知っています。マグマが周囲の岩に押し付けられるにつれて、地球にかかる圧力はますます大きくなります。最終的に、何かが崩れなければなりません。岩が壊れ、マグマが噴き出します。地質学者が岩が崩れる仕組みを正確に理解できれば、その崩壊点がいつ起こるかを予測できます。

グレッグ氏と同僚たちは、気象予報士や気候予報士がよく使う手法に頼った。つまり、火山の地上活動の観測データとシミュレーションによる予測を組み合わせたのだ。次に、シエラネグラ火山の地下の衛星レーダー画像を使って、膨張するマグマ溜まりの様子を観察し、次に何が起こるかを知るためにスーパーコンピューターでモデルを実行した。

2018年1月までにマグマが膨張していた状況に基づき、彼らの予測では6月25日から7月5日の間に噴火が起こる可能性が高いと指摘されていた。その後数か月にわたってマグマレベルは同じ速度で上昇し続け、予定通り6月26日に噴火が始まった。

「その数か月間に何かが変わっていたら、私たちの予測はうまくいかなかったでしょう」とグレッグ氏は言う。

「著者の予測と噴火開始の非常に近い一致は、何らかの幸運を伴うに違いないが、それ自体が何かを物語っている」と、シエラ・ネグラを研究しているが、この論文の著者ではないエディンバラ大学の地質学者アンドリュー・ベル氏は言う。

そこで、数年後、グレッグ氏と同僚たちは自分たちの計算を徹底的に見直し、何が正しかったのか、そしてその「何か」が何なのかを判断した。彼らは実際の噴火のデータを使ってさらにシミュレーションを実行し、現実にどれだけ近づけるかを調べた。

彼らが発見したのは、2018年前半のマグマの蓄積は比較的一定だったということだ。6月下旬までに、貯留層は火山の下部に中程度の強さの地震を引き起こすのに十分な圧力をかけていた。これが最後の一撃となり、岩が割れてマグマが流れ出たようだ。

過去の現象をシミュレートして予測モデルの精度を確認するこの方法は、気象学では「ハインドキャスティング」と呼ばれることもあります。シエラネグラ火山に加えて、グレッグ氏と彼女の同僚はスマトラ島、アラスカ、そしてカスケーディア沖の海底での過去の噴火を調査しました。

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しかし、世界のさまざまな地域で同じ予測技術を使うことは可能でしょうか? 火山はそれぞれに特徴があり、地質学者はモデルを調整する必要があります。しかし、そうすることで、シエラネグラの研究の著者は、地盤の動きが噴火の可能性にどのように影響するかについて、いくつかの共通点を発見しました。

予測モデルが改良されるということは、科学者がシミュレーションを現実世界の状況に当てはめながら、火山の噴火を引き起こす物理的プロセスについてより多くを学ぶことも意味します。「イベント発生前に真の定量的予測を行うのは困難なことですが、試してみることが重要です」とベル氏は言います。