イタリアのエトナ火山の歴史的な噴火記録は、同じ火山がまったく異なる地下水路を通って噴火する可能性があることを示しており、火山内の「パイプラインシステム」の一貫した安定性についての地質学界の伝統的な理解を覆しています。米国のコーネル大学が主導した最近の研究では、エトナ山の2度の大噴火における地下のマグマ活動プロセスが再構築され、その内部の「パイプラインシステム」が異なる歴史的時期に全く異なるメカニズムによって駆動されていたことが判明した。この結果は、将来の火山噴火リスク評価のためのより高度な技術的手段を提供することが期待されます。
研究チームは、火山内の「パイプラインシステム」は地下深くまで伸びていることが多く、非常に複雑なネットワークを形成していると指摘した。同じ火山であっても、異なる噴火中にマグマがまったく異なる経路に沿って上昇し、圧力を解放することがあります。コーネル大学地球大気科学部チャールズ・N・メロス教授エステバン・ガゼルが主導するこの共同プロジェクトは、比較的「単純」な構造を持ち、揮発性物質が大半を占めるエトナ火山を対象に選び、この火山の過去の代表的な2回の噴火から採取されたマグマ結晶サンプルを系統的に分析した。
研究結果は、Geochemistry, Geophysics, Geosystems 誌に掲載されました。この論文の筆頭著者は、コーネル大学の元博士研究員であるマキシム・ガブリレンコ氏です。ガゼルは長年、火山噴火のメカニズム、特に激しい爆発性噴火を引き起こす要因と、さまざまな揮発性成分がこの過程で果たす主要な役割に興味を持ってきました。
研究チームは、火山噴火が爆発性かどうかは、マグマの粘性やマグマに含まれる揮発性ガスの量や分布と密接に関係していると強調した。ガゼルは炭酸飲料を例に挙げました。振っていない炭酸飲料のボトルを開けると、スムーズに空気が抜けます。しかし、激しく振ってからボトルを開けると、ボトル内の気泡がすぐに分離して膨張し、激しい噴火を引き起こします。火山の噴火過程もこれとある程度似ています。
水と二酸化炭素は、火山マグマの 2 つの最も重要な揮発性成分です。地質学界は長い間、水を火山の噴火挙動を支配する重要な揮発性成分とみなしてきました。しかし、ガゼルの研究チームは2023年の研究で、二酸化炭素も爆発的噴火を直接引き起こす可能性があると提案した。この結論は、ラマン分光法を使用してマグマ結晶内の小さな気泡を分析するという彼らの新しい方法から得られました。
研究者らは、ラマン分光法を使用して、人間の髪の毛の太さのわずか約1パーセントから10分の1しかない、マグマ内の結晶内包物内のミクロンサイズの気泡の二酸化炭素密度を測定することができました。ガブリレンコ氏によると、研究チームは二酸化炭素の密度を取得した後、状態方程式を使ってそれを圧力に変換し、その圧力からマグマの深さを計算することで、これまでにない精度で火山の内部パイプシステムの三次元構造を再構築したと述べた。
この研究では、チームはこの技術をエトナ山の 2 つの重要な噴火に適用しました。その結果、同じ火山が歴史上の異なる時期に全く異なる「経路」を通じてマグマとガスを放出する可能性があることが示された。紀元前 122 年に発生した噴火の 1 つは非常に大規模でした。マグマ組成は低粘度苦鉄質のカテゴリーに属し、噴火タイプは「プリニアン」に分類されました。これは、西暦 79 年のヴェスヴィオ山の噴火の記録者である大プリニウスにちなんで命名された、最も激しい噴火グレードです。
高品質のサンプルを入手するために、研究協力者のテリー・プランク氏とブルース・ホートン氏はエトナ火山地帯の奥深くに入り、体系的なサンプリングを実施し、マグマ結晶の配列分析と詳細な測定を実施しました。データによると、紀元前 122 年のこの現象では、マグマは最初は深さ約 22 キロメートルからゆっくりと上昇し、地表から 2 ～ 5 キロメートルの浅いレベルで数週間停滞し、その間に徐々にガスを失い、最終的に噴火を引き起こしたことが示されています。
その後、研究チームは新しいデータを、別の初期の噴火である約 4,000 年前の秋成層噴火のサンプルと比較しました。その結果、後者のマグマ上昇プロセスは全く異なることが示された。マグマは約24～30キロメートルの深さのマントル層から急速に地表まで流れ、わずか数時間で上昇を完了して噴火する。主な原動力は、マグマ中の著しく高い濃度の二酸化炭素によってもたらされます。
ガゼル氏は、異なる火山間では揮発性成分の組成に明らかな違いがあると指摘した。海洋島に位置する一部の火山は高濃度の二酸化炭素が大半を占めているが、沈み込み帯の火山は水分含有量によってより制御されている。エトナ山は、水とマグマという 2 つの揮発物が「覇権を争う」数少ない特別な火山の 1 つです。研究結果によると、二酸化炭素濃度が一定の閾値を超えると、より深いところから急速に噴火が始まり、短時間で噴火が完了します。水の影響が強い場合、噴火プロセスは主に浅部の構造によって制御され、マグマは地表近くに停滞し、脱ガスしてから噴火します。
現在、ガゼル氏のチームは同じ方法をチリ、ハワイ、その他の地域の多くの火山に適用しており、火山の内部パイプのより広範囲の精緻なモデルを構築したいと考えている。同氏は、このような基礎データは噴火の物理モデルを確立し、火山災害リスク評価システムを改善するために重要であるため、理想的にはこの種の分析が世界中のすべての火山で実行されるべきであると述べた。
エトナ山は科学的な価値に加えて、文化的なレベルでも興味深いものです。古代ギリシャ神話では、巨人テュポーンとエンケラドゥスの埋葬地とみなされています。ガゼルは、2 つの噴火の地下パイプ システムを、これら 2 つの神話上の巨人に鮮やかに比較しました。紀元前 122 年のプリニー式噴火は、細くて曲がりくねった「テュフォン型」のパイプに対応していましたが、より古いイベントは、より小さな「エンケラドゥス型」の構造に似ていました。彼は、エトナ山で働いている間、ここの歴史、古典文化、地元の食べ物に惹かれないのは難しいと認めました。
研究「紀元前122年のエトナの苦鉄質プリニー式噴火の深部起源と浅い打ち上げ」（紀元前122年のエトナの苦鉄質プリニー式噴火の深部起源と浅い打ち上げ）は米国科学財団から資金提供されたと報告されている。この論文は2026年6月2日に正式に発表され、詳細な理論モデルと観測データが提供され、将来の地球規模の火山噴火メカニズムの研究とリスク評価に重要な参考資料を提供しました。