科学者たちは、致命的な火山の謎を解明するために、自家製の溶岩を醸造している

12月22日午後9時の数分前、インドネシアのアナク・クラカタウ火山の一部が海に崩落し、30分後に何の前触れもなく津波が発生し、数百人が死亡した。

地震活動は夏以降活発化しており、火山は今も灰の雲を噴き出しており、ジャワ島とスマトラ島の沿岸地域は新たな被害に備えなければならない。

津波のほとんどは火山ではなく地震によって引き起こされるため、火山噴火が海洋とどのように相互作用するのか、またインドネシアで発生したような津波を引き起こす可能性のある噴火の種類について、詳細な理解は得られていません。しかし、科学者たちはコンピューターモデル、最先端の潜水艦、そして自家製溶岩を用いて、この状況を変えようと取り組んでいます。

ロードアイランド大学の津波専門家、ステファン・グリリ氏は、アナク・クラカタウ火山が実際に噴火する前からその周辺地域の地図を作成するプロジェクトに参加していた。彼と同僚たちは、1883年に起きたクラカタウ火山の有名な噴火を研究していた。この噴火は非常に大規模で、3000マイル離れたモーリシャスでも音が聞こえ、その年の地球の平均気温を1.2度下げた。

この地震は津波を引き起こし、ジャカルタでは3万6000人の命が奪われました。グリリ氏によると、火山から噴出した物質は空中に噴き出し、落下して斜面を猛スピードで海へと滑り落ち、波を引き起こしました。その後、溶岩と水が混ざり合ったことが原因と考えられる、より激しい爆発が続き、さらに波を引き起こしました。そして、断層が左右に閉じる動きに伴って、さらに多くの水が押し流されました。

過去30年間、研究者のスティーブン・ケアリー氏とハラルドール・シグルズソン氏は、噴火後に残された岩石堆積物に基づいて、これらの出来事をつなぎ合わせてきました。噴火後にどのような岩石がどこで形成されたかを調査することで、火山学者は溶岩流の速度や噴出した物質の粘性について推測することができます。「まるでパズルのようなものです」とグリリ氏は言います。「すべての証拠を集めることで、ある種の探偵のような仕事ができるのです。」

1883年の噴火により、かつてクラカタウ山の山頂があった場所にカルデラと呼ばれる大きな窪地が残り、その周囲には山麓の残骸である島々が環状に広がっていました。しかし、海底からのマグマの噴出は依然として周期的に続き、1928年には新たな火山が海面上に隆起しました。アナク・クラカタウ（「クラカタウの息子」）は、2012年の論文で予測されていた12月の噴火と津波の前に、300メートルを超える高さまで成長していました。

12月の噴火後、グリリ氏と同僚たちは休暇中も作業を続け、衛星画像や写真、そして現地の潮位計の情報を用いて、今回の噴火のコンピュータモデルとシミュレーションを作成しました。グリリ氏の研究協力者の一人である英国地質調査所のデイビッド・タピン氏は現在、緊急対応助成金を受けてインドネシアに滞在し、アナク・クラカタウ火山からより多くの情報を収集しようとしています。ただし、近づきすぎるのは依然として危険すぎます。

彼らは、最新の噴火が起こる前の今夏にも現場を訪れ、最新技術を用いてカルデラ外側の海底の形状と構成に関するより詳細なデータを収集する計画を立てていた。「代表的な技術は音響ベースです」とグリリ氏は言う。これには地中探査ソナーが含まれ、海底自体だけでなく、その下の地盤構造もマッピングできる。さらに深いところを探査するには、地中にパルスを送り、跳ね返ってきた波を処理する地震探査法が用いられる。「医療用画像診断のようなものです」と彼は言う。

火山学者が利用できる可能性のあるツールとしては、ビデオカメラやその他のセンサーを搭載した水中探査機が挙げられる。ロードアイランド大学海洋学部のグリリ氏の同僚であるロバート・バラード博士は、1980年代にタイタニック号の残骸の捜索でこのような探査機の使用を開拓した。グリリ氏の研究チームは、夏の長期調査のための資金確保に取り組んでいるが、米国政府閉鎖の影響で難航している。

アナク・クラカタウ火山の崩壊は、1883年の噴火後、海から隆起した際に、火山体が均一に隆起しなかったことが原因だと考えられている。「アナク・クラカタウ火山が成長した際、海中で水とマグマが接触する現象が起こりました」とグリリ氏は言う。「その相互作用によって大量の水蒸気が発生し、それが火山岩に浸透して抵抗力を弱めたのです。」その結果、火山の片側、南西側の風化が進み、その上にさらに地層が積み重なったことで、岩石が過剰に堆積し、崩壊に至った。

グリリ氏らが火山全体のコンピュータモデルを構築している一方で、他の研究者たちはより小規模なモデルを用いて、溶岩と水の相互作用をより詳細に研究している。この研究は、噴火後に形成される新たな岩石がどのように損傷を受けるのか、そして水と溶岩がいつ、どのように爆発的な危険な結果をもたらすのかを解明する可能性がある。

ニューヨーク州バッファロー大学のインゴ・ソンダー氏と彼の同僚たちは、採石場から固まった火山岩を採取し、1300度の炉で加熱して再び溶岩に戻します。そして、特殊な反射服を着用し、非常に慎重にそれを様々な形や大きさの厚い鋼鉄製の容器に注ぎ込み、加圧水を噴射して、一歩下がって何が起こるかを観察します。

爆発の様相は素晴らしい映像となるだけでなく、海底火山やアナク・クラカタウのような海中の火山において、マグマが水とどのように相互作用するかを研究者が理解する助けにもなります。例えば、溶岩の層の間に水が入り込むと、より激しい爆発が起こることが分かっています。

混合物は必ずしもすぐに爆発するわけではない。高温になると、水と溶岩が接触する部分に薄い蒸気膜が形成される。「これは、熱い鉄板が非常に高温になったときに小さな水滴が踊るのと同じ効果です」とソンダー氏は言う。これが緩衝層となり、外部からの力によって爆発が誘発されるまで爆発を防ぐ。研究者たちは、自家製の溶岩入り容器を電動スレッジハンマーで叩くことで、この実験を行った。

ソンダー氏は、様々な条件下における様々な種類の火山岩を用いた研究がまだたくさん必要だと述べている。しかし、バッファローで収集しているデータは、最終的にはグリリ氏のような研究者が開発しているモデルに組み込むことができるかもしれない。「長期的な目標は、特に私たちが危険にさらされているとは思っていないような危険な地域について、これらの分析を準備することです」とソンダー氏は言う。

例えば、米国では津波研究の大半は地震の多い西海岸で行われてきました。しかし、グリリ氏によると、東海岸は海を越えたカナリア諸島で発生する事象の影響を受ける可能性があるとのことです。アナク・クラカタウの地震では約0.3km³の物質が流出しましたが、ラ・パルマ島のはるかに大規模なクンブレ・ビエハ火山が同様の崩壊を起こした場合、数百立方キロメートルの物質が海に流出する可能性があります。モデル化によると、これが津波を引き起こし、近隣の島々を壊滅させ、約4,000マイル離れた米国東海岸にも巨大な波が押し寄せると予想されています。

このような研究は、火山噴火が津波を引き起こす可能性のある地域を限定するのに役立ちますが、津波の発生時期を具体的に予測することはあまりできません。グリリ氏は、トゥーロン大学のシャルル＝アントワーヌ・ゲラン氏と共同で、沿岸地域の津波警報システムの改善を目指す別のプロジェクトにも取り組んでいます。

ほとんどの津波警報システムは地震を監視していますが、火山活動によって引き起こされる稀な津波の発生を考慮しているシステムはほとんどありません。「いつ崩壊が起こるかを予測することはできません。私たちにできることは、津波が発生した時にそれを測定することだけです」とグリリ氏は言います。従来の測定技術は海面変化を検知するブイに基づいていますが、このシステムは通過する波を検知するだけなので、十分な警報を発することができません。

この新しいアプローチは、高周波レーダーとアルゴリズムを組み合わせ、表層流から津波の接近の兆候を検知するものです。グリリ氏は、カナダのブリティッシュコロンビア州バンクーバー島で試験運用されているこのシステムは、12月にインドネシアを襲った津波の15分前に警報を発せられたはずだと考えています。

火山噴火の脅威から沿岸部を守るには「多分野にわたる」アプローチが必要だとグリリ氏は述べ、科学者たちは様々な角度からこの問題に取り組んでいる。潜水艦を火山の麓まで操縦するにしても、ロードアイランドのガレージで自家製の溶岩を作るにしても、最終的には同じ目標が達成される。「社会に貢献することです」とグリリ氏は言う。「被害軽減と対応力を向上させ、人命を救うことです。」

この記事はWIRED UKで最初に公開されました。