太陽活動と火山活動-泡箱としての火山-

戎崎俊一（理研）、宮原ひろ子（東大宇宙線研）、片岡龍峰（東工大）、石峯康浩 （理研）、小園誠史（防災科研）

火山噴火は太陽活動に相関している？

R.B. Stothers, 1989, JGR, 94, B12, 17-371-17-381

過去300年の日本の火山噴火

Sunspot number < 40

Sunspot number > 40

Number of years 153 153Number of silica-rich eruptionsSiO2≧63％

9 2

Number of relatively silica-poor eruptionsSiO2 <63％

85 84

11例中9個：偶発確率2.9％

珪酸に富む(SiO2 ≧63%)火山噴火のリスト（日本）

Year Volcano Composition Type of eruption

AD 1707 Mt. Fuji dacite plinian

AD 1769 Mt. Usu dacite to rhyolite plinian

AD 1822 Mt. Usu dacite to rhyolite plinian

AD 1853 Mt. Usu dacite to rhyolite plinian

AD 1910 Mt. Usu dacite to rhyolite phreatomagmatic

AD 1934 Satsuma-Iwo-jima dacite to rhyolite

AD 1944 Mt. Usu dacite phreatomagmatic

AD 1952 Myojin-sho dacite phreatomagmatic

AD 1953 Myojin-sho dacite phreatomagmatic

AD 1977 Mt. Usu dacite plinian

AD 2000 Mt. Usu dacite phreatomagmatic

太陽活動不活発期に多くの火山噴火（ SiO2 ≧63％）

富士1707

有珠1769

有珠1822

有珠1853

有珠1910

硫黄島1934 有珠1944

明神礁1952

明神礁1953

有珠1977

有珠2000

過去300年に珪酸に富む噴火をした4つの火山（日本）

珪酸に富む（ SiO2 ≧63％）

火山噴火（世界）

過去300年に珪酸に富む噴火をした

７つの火山（世界）

なぜ、珪酸に富む噴火が重要か？

• どういう因果関係があり得るのか？– 宇宙線、磁気嵐、気候変動、台風– 火山噴火は水に富むマグマの発泡現象である– 噴火トリガ機構は未解明

• 地震、マグマ中の結晶成長

• 珪酸に富む噴火だけが相関するのは何故？– 粘度が高い

• 噴火の最後に、静かに溶岩ドームを形成：昭和新山1944年有珠噴火

– 表面張力が高い• 均質核生成だけでは核生成を起こせない• 極度に過飽和状態になりえる• 宇宙線検出器になるのではないか？

大噴火が多い→甚大な直接被害とアエロゾルによる全球的寒冷化

火山の内部構造

Taken from Vogel et al. 1989

泡の核生成

Navon and Lyakhovsky 1998

珪酸に富むマグマの表面張力と核生成率

• マグマの分化過程で形成– 通常一連の活動の最後

• σ～0.1 Nm-2

• 均質核生成ならば極端な過飽和状態

• 蒸気圧～100MPa– >>大気圧

• 急冷（τ～数百年）で黒曜石に

Navon and Lyakhovsky 1998

気泡の成長と岩石の破壊

Navon and Lyakhovsky 1998

Dingwell1998

フィッショントラック法の文献

Fleishner and Price 1963

爆発へのシナリオ

1. 珪酸に富むマグマのドーム形成で前回噴火終了

2. 火口10m下では半溶融状態のマグマがふたをしで静かに冷却（冷却時間～100年）する

• 水蒸気の泡の核生成を強く抑制（高い表面張力）し、発泡に対して強く過飽和

• 20K崩壊と宇宙線によるトラック形成。ただし、アニーリングのため泡形成に至らない。

• 冷却によりアニーリング能力が減退し、トラックを核にした泡形成がアニーリングより早くなる。発泡開始。

3. 高い飽和蒸気圧により、ふたが破壊

4. 減圧により下部のマグマも発泡、上昇→噴火開始

銀河宇宙線降下量が変動する

硫黄島

有珠山頂

富士山頂

明神礁

過去300年に珪酸に富む噴火をした

７つの火山（世界）

低緯度では銀河宇宙線が変動しない

宇宙線の地下への浸透（ミューオン）

岩石の放射被ばく量1

8 1 -3K2O CRrad 1 -3

D1.0 10 9.2 0.81 s m1.0keV 1% 5.0pGy s 2700kg m

CE wJ ρ−−

−

⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= × + ⋅⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⋅ ⋅⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦

アニーリングの早さ

ピナツボ1991年噴火

• 6月7日溶岩ドーム形成

• 6月15日台風Yunyaが直撃し、直後に大噴火。

• 大気圧減少による宇宙線増加が大爆発のトリガになった可能性

• 硫酸エアロゾル層が太陽光を遮蔽（5％）。地球の気温が約0.5℃低下。

近傍超新星の残骸に太陽系が飲み込まれたら？

• 降下宇宙線量が少なくとも1000倍に– 100年～1000年は続く

– 地上付近では、宇宙線が岩石被ばくの主要因子

– 宇宙線有感領域が地下100m～1kmへ拡大

– 低緯度の火山も宇宙線に反応

• ピナツボ1991もしくは、その10倍規模の噴火が立て続けに起こる– 火山性アエロゾルが大気を覆い尽くす

– 全球凍結へ

• 地球表層の生物は全滅

地震はどうか？

強さ 年 GSN関東大震災 M7.9 1923 11新潟地震 M7.5 1964 36阪神淡路大震災 M7 1995 17四川大地震 M8 2008 0ハイチ地震 M7 2010 0？

M>7以上では相関なし

J. Meeus, 1976, Physcs Today June 11.

年 SSN 規模 場所など1703 23 M7-8.2 相模・武蔵・上総・安房（元禄地震）1707 20 M8.4 東海道・伊勢湾・紀伊半島（宝永地震）1769 106.1 M7.75 日向・豊後・肥後1833 27.5 M7.5 羽前・羽後・越後・佐渡1847 98.5 M7.5 信濃北部、越後西部（善光寺地震）1854 20.6 M8.4 東海・東山・南海諸道（安政東海地震）

畿内・東海・東山・北陸・1854 20.6 M8.4 南海・山陰・山陽道（安政南海地震）1891 35.6 M8.0 愛知県・岐阜県（濃尾地震）1923 5.8 M7.9 関東南部（関東大震災）1944 15.0 M7.9 東海道沖 （昭和東南海地震）1946 92.6 M8.0 南海道沖（昭和南海地震）1964 10.2 M7.5 新潟県沖（新潟地震）

日本の地震（M≧７.5）内陸型

12例中9個：偶発確率7.3％?

東海南海地震

内陸型：地上で活断層が動いたか、陸上の井戸・温泉などに前兆現象があった

地震（M≧7.5）で内陸型（日本）は

太陽活動不活発期に多い

内陸型：地上で活断層が動いたか、陸上の井戸・温泉などに前兆現象があった

元禄1703

宝永1707

善光寺1703

安政東海1854 安政南海1854

濃尾1891

関東大1923

昭和南海1946

新潟1964

昭和東南海1944

1833

1847

1703

17071769

1854

1854

1855

1891 1923

19441946

1964

地震と太陽活動の相関の原因

• 地下から上昇する岩漿(マグマ)水– 松代群発1965、伊豆群発1930地震の原因

– 要するに「温泉」

• 地下10mほどで臨界状態にあるとする– 宇宙線刺激で沸騰

– 体積が増加して近くの活断層に浸透• 摩擦減少と圧力破砕

– 関東で最近地震が少ない（1923年以来）• 地下水・温泉のくみ上げのおかげか？

• 水の浸透により地震が誘起された例がある– フーバーダム（米）、アスワンハイダム（エジプト）で

まとめ

• 珪酸に富むマグマ（≧63％）の火山噴火は、太陽活動と相関している可能性がある– 大噴火に至るので重要– 宇宙線が地下10mほどにあるマグマを刺激

– 発泡により破壊→爆発的噴火– 近傍超新星で大爆発が頻発→全球凍結

• 巨大（M>7.5）内陸型地震も相関している可能性がある– 超臨界マグマ水が宇宙線で刺激– 東南海地震の取り扱い

• 過去三回（宝永、安政、昭和）は太陽極小期にトリガされている• トリガが内陸型でエネルギー発生が海溝型？

さらに昔の東海地震

• 年輪中14C– Miyahara et al. 2004, 2008

• 684年（天武） データなし

• 887年（仁和） Min• 1096年（永長） Min• 1498年（明応） Min• 1605年（慶長） near-Min

予備

ハワイ火山噴火

C.J. Lyons, 1899, Monthly Weather Review, April, p144.

アニーリングの早さ

• 温度と組成に強く依存

• 高温で高速

マイクロ地震と磁気嵐の相関