火山
アイスランドで火山噴火はどのように予測されるのか
アイスランドで科学者たちが火山噴火を監視し、予測する方法を学びましょう
アイスランドは、世界でも最も地質活動が活発な場所のひとつです。だからこそ、アイスランドはとてもユニークでダイナミックなのです！ そのため、科学者や政府の専門家が、火山噴火がいつ、どこで起こりうるのかを効果的に予測できることが重要です。
でも、噴火が起こるとき、すべては目に見えず、地下で進んでいて、地球の奥から溶岩が吹き出すその瞬間までわからないのに、火山学者がどうやって噴火を予測できるのか、不思議に思ったことはありませんか？ ここでは、アイスランドの自然災害・科学の専門家が火山噴火を予測するために使うデータの種類と、直面する課題についてご紹介します。
アイスランド大学の火山学者たちが、2022年8月、アイスランドのレイキャネスにあるファグラダルスフィヤット火山系で起きたメラダリル噴火の初日に、溶岩の測定を行う準備をしている。 写真：ジェシカ・ポテート。
アイスランドの火山がどのように形成されるか
アイスランドの火山を監視する科学者たちが収集するデータの種類を理解する前に、まずこれらの火山システムがどのように形成されるのかを（もちろん、かなり大まかにですが！）理解しておく必要があります。
それらがどのように形成されるかを知ることで、科学者たちがなぜそのデータを集めているのかが見えてきます。多くのアイスランドの火山が噴火前段階に入る流れを、簡単に見てみましょう:
マグマが地球深部から上昇します。多くのアイスランドの火山では、噴火が始まる何年も、あるいは何か月も前から、マグマが地下にたまり始めます。このマグマは、地球の地殻やマントル境界のかなり深いところから上向き・外向きに移動するにつれて既存の岩盤を割り、地下に集まり始めます。
マグマがたまり始め、集積します。それは、シルやマグマだまりのようなさまざまな種類のマグマ貯留域に集まります。これらは地下にあるさまざまな貯留層で、大きさや形、使われている期間がそれぞれ異なります。
マグマの体積が増え、圧力が高まります。地下のマグマの量が増え、岩盤を押すことで圧力が高まり始めます。十分なマグマがたまると、その上の地面は盛り上がり始めます。
マグマが浅い地殻へ注入されます。圧力と体積が最大値に達すると（これはシステムごとに異なります）、マグマは一気に解放され、既存の火山の火道や火口、または岩脈や割れ目のネットワーク、そして新たに形成された火山の割れ目を通って、素早く地表へ向かいます。
マグマが噴き出し、溶岩になります。マグマは地表から吹き出し、アイヤフィヤトラヨークトルのような爆発的な噴火で溶岩・噴出物・火山灰を放出することもあれば、ファグラダルスフィヤットやスヴァルツエンギでの現在の噴火のような、溶岩が穏やかに流れ出す噴火になることもあります。
では、なぜこのプロセスを見てきたのでしょう？ これで、科学者や自然災害の専門家が、火山の次に起こることを予測するときに注目している、重要な地質学的ステップと瞬間がわかりました。彼らは、マグマの蓄積、上昇、そして噴火を探しているのです。
火山噴火へと至る基本的な流れを理解できたので（繰り返しになりますが、あくまで大まかにです）、いよいよデータの話に進みましょう！
火山を研究し予測するために科学者や自然災害の専門家が使うデータの種類の例: (1A&B) 地震データを、地図上にプロットしたもの（1A）と、深さを示すために3D空間にプロットしたもの（1B）；(2) レイキャネス半島上空を2回通過したInSAR衛星データから作成された、スヴァルツエンギ地域の隆起を示す地図；(3) 地震の音波を地表受信機で捉えた別タイプの地震（音響）データ；(4) クリースヴィークでの動きを示すGPSグラフで、南北、東西、上下方向の動きを示している；(5) 温度、圧力、地震、岩相（つまり岩石の種類）を示すボーリング孔データ。データはアイスランド気象局（IMO）と Journal of Geophysical Research, Krafla Geothermal field, 2026 より。
専門家が火山を予測するために使うデータ
火山学者や自然災害の専門家が噴火の予測を助けるために収集・研究するデータには、地球の深部から宇宙空間まで、実にさまざまな種類があります。これらのデータの種類をまとめ、それぞれが科学者たちにどのように役立つのかを詳しく見ていきましょう。まずは簡単にご紹介します:
地震データ - マグマの移動や地殻の張力・圧縮によって起こる地震を監視します
GPSデータ - 特定地点の地面の上下・左右の動きをリアルタイムで追跡します。
InSARデータ - 衛星を使って、広範囲の長期的で高解像度な地盤変位を測定します
ボーリング孔データ - 温度、傾斜、圧力、化学組成、流体力学の違いを利用して地下の変化を監視します
観測データ - 五感を活用して、地域の環境変化を記録します
類似事例データ - 過去や他の似た火山システムのデータを取り入れて、現在の出来事との共通点を見つけます
ご覧のとおり、科学者や自然災害の専門家が火山システムを研究するために使えるデータの種類はたくさんあります。では、それぞれをもう少し詳しく見ていきましょう。
地震データ
この音響データは地球の振動を記録し、専門家が地震を検出し、火山システム内でストレスやマグマがどのように動いているかを追跡できるようにします。これらの信号のパターンは、マグマが集積しているのか、上昇しているのか、岩石を割っているのか、あるいはシステムに圧力をかけているのかを明らかにすることがあります。地震データには通常、地震の規模、深さ、そして地震の真上にある地表の位置が含まれます。時間とともに多数の地震の統計を使うことで、地震の専門家は地下の動きやストレスの全体像を少しずつ組み立てられます。たとえば、ある地域の地震がすべて同じような深さに集中しているのか、それとも異なる深さで一直線に並んでいるのか。これは、シルが形成されるのか、それとも岩脈が形成されるのかの違いを示している可能性があります。
GPSデータ
GPSとGNSSの両方を使い、地面に固定された受信機が衛星を用いて自らの位置をミリ単位の精度で測定します。時間をかけてごく小さな変化を追跡することで、科学者は火山システムの下で動くマグマによって引き起こされる、ある一点での地盤変形を検出できます。アイスランドの衛星ベースのデータセットは、北・南・東・西のような水平方向の動きだけでなく、上下方向の動きも追跡します。たとえば、上向きの動きは地下でマグマがたまっていることを示しているかもしれませんし、下向きの動きはマグマだまりからマグマが抜けて別の場所へ移動していることを示しているかもしれません。
InSARデータ
これは Interferometric Synthetic Aperture Radar の略です（テストには出ませんのでご安心を！）。これは、より長い期間にわたる地域の動きを測定する、衛星で取得する重要なデータの一種です。ごく簡単に言うと、ある種類の衛星が地域の上空を通過し、地表にレーダーを照射します。これを異なる日付で2回行うことができれば、科学者は衛星の2回の通過結果を比較し、地域の動きの地図を作成できます。作成される地図はとてもカラフルで読み解くのが難しいのですが、色の帯が広い場所は動きが少なく、色の帯が細かく詰まっている場所は、地面の動きや変形がより大きいことを意味します。
ボーリング孔データ
この地域にボーリング孔が掘られている場合、孔内に設置されたセンサーやモニターが、温度、傾斜、圧力、ガスの化学組成、流体力学、さらには地震活動まで、実に多くのデータを計測します。温度の上昇、圧力の変化、特定のガスの増加は、マグマの移動を示す前兆となることがあります。たとえば2023年、スヴァルツエンギ地熱発電所では、SO2の増加が、マグマが地下で上昇し、ボーリング孔の深さにさらに近づいていることを示していました。そして、ここの多くの火山観測ステーションには、地面の傾きを測る計器も備わっています。
観測データ
これは少し自由度の高いデータセットで、必ずしも正式なデータセットではありません。地域や周辺で起こる変化を人が観察することで、将来の火山噴火の兆しを見つけるのです。アイスランドで自然災害の専門家が特に注目する大きな変化には、火山システムの加熱に伴う氷河洪水、地域の井戸が熱の上昇を示すことによる給水の温度上昇、あるいは地面から立ちのぼる蒸気の増加や地熱活動の活発化などがあります。これには、現地に入っての調査や、ドローンを使った遠隔調査、そして新しい亀裂、断層崖、地盤の変位の測定も含まれます。
類似事例データ
科学者は、アイスランド内外の似た火山システムから得た類似事例データを使って、自分たちのデータが何を意味するのか、そして他の似た火山と比べてその火山がいつ噴火するのかについて仮説を立てます。これには、上記のすべてのデータを他のシステムでも見て、システム同士に共通点があるかを確かめることも含まれます。たとえばスヴァルツエンギでは、地元の専門家がクラフラの火災とホルフラウンの噴火タイムラインおよび地下データを使って、火山活動の連続の中で個々の噴火の間隔を見積もるのに役立てています。
火山噴火を予測するために、科学者や自然災害の専門家がデータから作成するモデルやグラフの例: (1) 現地での地図作成とInSARデータから導き出された、レイキャネス半島の新しい割れ目の地図；(2) スヴァルツエンギ下の地下シルへのマグマ流入率モデル；(3) 深さと時間で示した地震分布と、火山活動の不安定化（地下でマグマが動いているが、噴火は起きていない状態）をプロットした図。データは Bulletin of Volcanology、アイスランド大学北欧火山センター、そしてアイスランド気象局より。
科学者はこのデータをどう使って火山を予測するのでしょうか？
このデータを収集した後、科学者はそれらをすべて組み合わせて火山システムとその現在の状態の全体像を作ります。こうしたスナップショットは通常、常に更新される“生きた”記録であり、マグマがたまり、移動し、噴火するにつれて変化していきます。彼らはこのデータの多くを使って地下のモデルを作成し、マグマの体積や地下のマグマだまり・シルへの充填速度を推定します。これらのモデルは、時間と体積または速度を示す2Dグラフ、表面地図、提案される地下マグマ集積の3D図、あるいは時間とともに進むマグマ蓄積を示す4Dレンダリングとして表現できます。
火山噴火予測におけるデータの信頼性
このデータは信頼できるのでしょうか？ ほとんどの場合、火山予測に使われるデータは一般的に信頼性があります。ただし、データの完全性に影響を与えることが知られている状況もあります。
正確な地震データの三角測量には、密集したセンサーネットワークが必要です。
悪天候（アイスランドでは本当にありがちなことです）や、オーロラを引き起こす太陽からの活発な地磁気嵐（これもアイスランドではよく見られます）は、GPSデータに影響を及ぼすことがあります。
InSARデータは陸上でしか機能せず、さらにその地域に雪や雲がない場合に限られます。
そのため、データやその収集に影響を与える要因はたくさんありますが、専門家は通常、こうした問題を考慮して補正できます。
もちろん、データ自体は全体としてかなり信頼できても、それが何を意味するのかを解釈するのはいつだって難しいものです。すべての地震群が噴火の前兆とは限りませんし、湯気の立つ溶岩原が必ずしもマグマが地表近くにあることを意味するわけでもありません。火山噴火に100%の予測はありませんが、科学者たちは通常、噴火に向かう前段階で、噴火が最も起こりやすい時期を特定できます。そしてマグマが十分に浅くなると、科学者たちは通常、差し迫った噴火を公衆に知らせるために30分から数時間しかありません。
アイスランドの火山予測についての結論
この説明で、専門家が収集し解釈しなければならないデータの量がどれほど多いか、そして火山噴火の予測がいかに完璧ではない、精密さを要する作業ではないかを、少しでも実感していただけたらうれしいです。目で直接見ることのできないものを予測するのは、やはり難しいのです。でも、火山噴火の予測は複雑で難しくても、アイスランドの科学者たちは毎日その挑戦に立ち向かっています！
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この記事は地質学者ジェシカ・ポテートによって執筆されました。 Lava Academy Podcastでの彼女へのインタビューをお聞きください。
