シャベルとドローンでキラウエア火山を調査する火山ハンター

2018年5月、ハワイの住民がキラウエア火山の大噴火から避難した際、火山学者のシェリル・ガンセッキ氏とその同僚たちは、手作りの金属製の盾、丈夫なブーツ、そしてシャベルを手にしました。この爆発は、驚くべき科学研究を行うまたとない機会であり、まさに火山のスーパーボウルでした。

本日、ガンセッキ氏と他の2つの科学者チームが、4ヶ月間続き、700戸の家屋が破壊され、数千人が避難を余儀なくされたこの異常な噴火に関する調査結果を発表しました。本日、サイエンス誌に掲載された3本の論文は、キラウエアの地下配管システムに関するより深い理解を提供するとともに、噴火開始前にカルデラがどのように崩壊したかを説明しています。

ハワイ大学ヒロ校のガンセッキ氏は、これまでのキャリアを通して火山を研究しており、特に過去23年間はキラウエア火山を研究してきた。ハワイ島東部に溶岩が流れ込むと、ガンセッキ氏はブーツ、防護服、マスクを装着し、シャベルと金属製の屋根材の塊を担いで、固まった溶岩流の上に出た。そこで彼女とパートナーは、溶岩を水の入ったバケツにシャベルで移し、冷やした。一方、3人目の同僚は、爆発する火の玉に目を光らせていた。

「溶岩を集めるのが楽しいんです」と彼女は言います。（誰もがそう思うわけではないかもしれませんが、彼女は火山が大好きで、同じく火山学者である夫と噴火を予測するボードゲームを開発したほどです。）

大きな溶岩流でサンプルを採取するため、チームは長い棒と、先端に金属製のフックが付いた鎖を「釣りのように」使ったとガンセッキ氏は言う。これらの大きな溶岩流は、時速32キロで40キロメートル以上も流れることもあった。

ガンセッキ氏と研究チームは、研究の一環として、ほぼリアルタイムの地球化学モニタリングシステムを用いて、溶岩の粘性が糖蜜のようなドロドロの流れから超高温の火の川へと変化する時期を予測しました。溶岩の温度を迅速に把握することで、緊急対応当局に溶岩の速度と脅威レベルに関する重要なデータを提供することができました。火山噴火中にこのような迅速なモニタリングシステムが使用されたのは初めてのことです。

鍵となったのは、地球の亀裂や割れ目から滲み出る、より古くゆっくりと移動する溶岩と、地表のはるか下から汲み上げられたと思われる、より新しく高温の溶岩を区別することだった。（マグマとは地中に蓄えられた溶けた岩石を指し、地表に現れたものは溶岩と呼ばれる。）

溶岩の温度（華氏1,500度から2,000度の間）を測定するのは容易ではありません。ほとんどの温度計は溶けてしまうか、現場では実用的ではないため、別の方法を考案する必要があります。ガンセッキ氏のチームはサンプルを近くの研究所に持ち込み、エネルギー分散型蛍光X線分光計と呼ばれる装置で分析しました。

溶岩は冷えると結晶化します。そこで研究者たちは、結晶の成長を止めるためにサンプルを水に浸しました。その後、固まった溶岩を乾燥させて粉末状にし、ペレット状に圧縮しました。そして、分光計でX線を照射しました。X線はサンプル中の元素を特定のエネルギーレベルで蛍光を発させ、元素の識別と測定を可能にします。マグネシウムとカルシウムの量は溶岩の最高温度と相関しています。

各サンプルセットの分析には約20分しかかからず、化学物質と温度のデータは、現場の流れを監視している35マイル離れた科学者にすぐに中継された。

このプロセスは重要な予測因子であることが証明されました。最初の噴火が始まった後、気温が上昇し始め、時には火山帯の予想外の場所でより高温の溶岩が噴出することもあったとガンセッキ氏は言います。

一方、火山のカルデラでは、別の研究チームがドローンを飛ばし、毎日数百フィートも崩壊するカルデラのデジタル画像を収集していました。「これは世界で最もよく記録されたカルデラの崩壊でした」と、米国地質調査所の地球物理学者カイル・アンダーソン氏は言います。「私たちは、これらのプロセスを間近で実際に目撃することができました。」

アンダーソン氏によると、山頂にあった古い溶岩湖は、その下にある浅いマグマの配管系とつながっていたという。マグマが山頂から流れ出るにつれてカルデラは収縮し、まるで32キロメートルもの排水管を持つ浴槽に水が流れ落ちるようなものだった。「溶岩湖は1日に45メートルずつ沈んでいました」と、本日サイエンス誌に掲載された2本目の論文の筆頭著者であるアンダーソン氏は述べている。

彼と彼のチームはドローン画像と衛星データを使い、湖面の3次元デジタルマップを作成した。このマップは、湖面下のマグマに何が起きているかに関する貴重な情報を提供した。湖面の高さは、その下のマグマ溜まりの圧力を反映していた。

USGSのマイケル・パトリック氏と同僚らが発表した3番目の論文は、遠く離れた亀裂でのマグナサージが山頂カルデラ内の圧力をどのように変化させたかを示した。

キラウエア火山の噴火は、多くの科学者が安全に作業でき、すぐに研究室に戻ってデータを分析できる場所で発生したため、研究者たちは、近年のどの噴火よりも多くのことを学んだと述べています。彼らは、この研究によって、他の火山の配管システムがどのように機能しているか、そして近隣住民へのより適切な警告方法をより深く理解できるようになることを期待しています。

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