火山災害と噴火予知

東京大学地震研究所教授　　井田喜明

　火山の活動によって生ずる災害には，軽微な窓ガラスの破壊から，多数の人命の損失，世界的な気温の低下まで，様々な種類がある．多様な火山災害を，原因となる火山現象に基づいて，表1に分類する．

　災害の原因で最も重要なのは，火山から噴出する溶岩，テフラ，火山ガスなどの噴出物によるものである．溶岩は，マグマが液体状態を保ったまま，地表に流れ出たものである．テフラとは，爆発的な噴火の過程で砕かれたマグマの破片のことで，細粒の火山灰から巨大な噴石まで，様々な大きさのものがある．火口や噴気孔などから噴出する火山ガスは，マグマから放出された部分もあるが，大半は地下水などが二次的に加熱され，気化したものである．
　火山災害の性質は，噴火が爆発的かどうかによって異なる．爆発性の低い噴火は，マグマを溶岩として穏やかに噴出する．主な災害は，溶岩流による建物，農地，道路などの破壊である．溶岩流は，流動性のよい玄武岩質溶岩の場合，火口から数十kmの距離に達することがある．ただし，流下に時間がかかり，避難する余裕がある場合が多いので，溶岩流で生命が失われることは少ない．
　爆発的な噴火は，テフラや古い岩石の破片を激しく噴出する．その噴出量は大噴火では1立方キロを越える膨大な量に達する．テフラの内，火山灰を主とする細かい粒子は，空気と混ざり合って雲状の流体を形成する．流体の中では，マグマの破片から放出されたり，外から取り込まれたガスが，激しい流れをつくり，テフラを浮いた状態に保つ．マグマの熱でガスが膨張すると，この流体は浮力を獲得して，噴煙として鉛直に上昇する．浮力が不十分な場合には，流体は火砕流となって山腹を流下する．
　高く上昇した噴煙は，テフラを広域に降下させ，細粒の火山灰を時に全世界に拡散する．大規模な噴火が起こると，火山の近傍や風下側では大量の火山噴出物が地上を覆い，建物や農作物が壊滅的な被害を受ける．また，空中に浮遊する火山灰は，航空機の飛行を妨げる．大量の火山灰と火山ガスが，微粒子（エアロゾル）として成層圏に運び上げられると，長期間浮遊して太陽光の入射を妨げ，世界中の気温を下げる．
　火砕流は，空気に近い流動性をもつために，流下速度は時速100km前後の高速になる．マグマの熱で数百℃に加熱されていることもあり，流路に居あわせた生物に大きな脅威となる．火砕流に襲われた市町村が，ほとんど全滅した例もある．
　爆発的な噴火で生じた爆風（ブラスト）は，音速を越える高速度でテフラを周辺に噴射し，樹木などをなぎ倒す．爆発に伴う音波（空振）は，周辺に伝播して窓ガラスなどを破壊する．細粒のテフラが，空気と混合して噴煙や火砕流を生むの対し，粒径の大きな噴石は，爆発で加速され，弾道を描いて山腹や山麓を直撃する．
　山腹に堆積したテフラが，降雨などによって流動化されると，泥流となって斜面や河川を流下する．水の量がもっと少ない土石流，逆に水が主要な構成物質となる洪水を，泥流と併せてラハールと総称する．それに対して，岩屑流は，乾いた岩石が雪崩のように崩れ落ちる現象である．これらは，火砕流と並んで，周辺に大災害をもたらす極めて危険な現象である．
　噴火で放出された熱は，雪や氷を融かして，泥流を誘発することがある．マグマが貫入して山頂部が大きな歪を受けたり，強い地震動によって火山が揺すられたりすると，山体が崩壊して，岩石や土砂を岩屑流，土石流として山麓に流し出し，河川沿いに泥流を発生させる．岩屑流，土石流，泥流は，川や海に流れ込んで洪水や津波を起こし，更に広い範囲に深刻な2次災害をもたらす．津波は海底噴火によっても引き起こされる．

２．火山災害の規模と影響する範囲

　　大規模な噴火が頻発すると，広域に深刻な火山災害が絶えない．幸いなことに，大きな噴火ほど多量のマグマの蓄積を必要とするために，発生の頻度は低くなる．1立方キロ程度のマグマを噴出する歴史上の大噴火は，ひとつの火山について見ると，大体数十〜数百年の間隔で発生する．それより噴出量が1桁以上大きく，カルデラを造るような巨大噴火は，数千〜数万年の間隔で起きる．逆に，噴出量が1桁以上小さい中〜小噴火は，数年〜数十年程度の間隔で繰り返す．
　表2は，死者1000人以上を出した世界の火山災害である．これを見ると，大災害を導く原因に何種類かあるのに気づく．ひとつは，噴火自体の規模が大きく，影響する範囲が広い場合である．1815年にタンボラ火山で発生した噴火は，噴出物の総量が150〜200立方キロに達する歴史上最大規模の噴火で，それに対応して火山災害も甚大であった．2番目のタイプは，火砕流や泥流などの流れが人工密集地を直撃する場合である．1902年のプレー火山の噴火では，火砕流によってサン・ピエール市が，また1985年のネバド・デル・ルイス火山の噴火では，泥流によってアルメロ市が，ほぼ完全に破壊された．第3のタイプは，噴火で洪水や津波が誘発され，それが広域に2次災害を生む場合である．1883年のクラカトア噴火では，爆発により火山島の大半が破壊され，同時に津波が発生した．津波はジャワ島西部とスマトラ島南部の沿岸を襲い，大きな被害を生んだ．第2，第3のタイプは，火山の立地条件によっては，噴火の規模が余り大きくなくても，極めて深刻な災害を生む．

　災害がどの範囲まで及ぶかは，火山の大きさや地形の特徴，噴火の規模や様式，噴火発生時の気象条件などに依存する．噴石の飛来や爆風に伴う災害は，火山地域やその近傍に限定される．溶岩流，火砕流，岩屑流，土石流，泥流は，地形に拘束されて低い方に向かうので，被災もその流域に偏る．流れに襲われる範囲は，火山の山腹から山麓に及び，そこに存在する生命，建造物，道路，田畑を含めて，ほとんど全てが破壊される．火山ガスの濃集する場所も地形に拘束されるが，生命に危険な程の濃集が起こるかどうかは，風の状態に依存する．噴煙とともに上昇したテフラは，火山の風下側の広い範囲に分散し，降下火砕物は，火山から遥かに離れた地域にも堆積する．成層圏に上がったエアロゾルの影響は，全世界に及ぶ．

３．セント・ヘレンズ山の山体崩壊 　
　大災害をもたらす噴火に，山が崩れてなだれ落ちる山体崩壊がある．1792年には雲仙岳の眉山が山体崩壊を起こし，岩屑流を有明海に注ぎこんで，津波を発生させた．津波などによって15,000人の死者が出て，日本の火山災害史上で最悪の惨事となった．1888年に磐梯山で発生した山体崩壊は，山麓の村落を埋め立て，461人を死亡させた．
　米国のセント・ヘレンズ山では，1980年に山体崩壊が発生したが，文明国における最近の出来事であったために，噴火の経過や災害が詳しく調べられた．セント・ヘレンズ山は，噴火前は富士山型の美しい成層火山であったが，山体崩壊により山頂部がえぐり取られ，馬蹄形の崩壊カルデラがあとに残された（図1）．

図2．　山体崩壊を起こしたセントヘレンズ山の山頂部．

　前兆的な火山の活動は一ヶ月半前の水蒸気爆発に始まり，標高2950mの山頂の北部で，100mを越える隆起が観測された．5月18日には，地震とともに，この部分から山体崩壊と地滑りが発生した．その直後に爆発が起こり，爆風（ブラスト）は山の北30kmの範囲を襲って，樹木などをなぎ倒し（図2），57人を死亡させた．崩落した物質は岩屑流となって約20km先まで達した（図3）．爆発的な噴火は，噴煙を19kmの高さに上げ，東方に多量の火山灰を降らせた．また，直前に形成された岩屑流堆積物の上に，火砕流を流し出した．岩屑流は，融水，湖水，河川の水を混入して泥流となり，120km先のコロンビア川まで到達した．泥流のために，船による物資の輸送が長期間途絶えた．この噴火から一カ月ほど経つと，崩壊カルデラ内部に溶岩ドームが成長し始めた．以後数年以上にわたって，溶岩ドームの成長と，爆発による破壊が繰り返された．

図2．　セントヘレンズ山の噴火（1980年5月18日）で、爆風（ブラスト）によってなぎ倒された樹木と岩屑流および泥流の跡．

図3．　セントヘレンズ山の噴火（1980年5月18日）に伴う火砕流、岩屑流、泥流の分布と爆風（ブラスト）による森林の倒壊方向（損害保険料率算定会「火山災害の研究」による）．

４．噴火予知 　
　火山災害に有効な対策をとる上で，噴火がいつ起こるかを予測することは重要である．比較的大きな噴火になると，適当な火山観測がなされていれば，噴火前に何らかの異常が捉えられることが多い．例えば，火山の直下で地震の頻度が高まる．微小な地震ばかりでなく，規模の大きな地震も起こり出す．単調な波形をもつ火山性微動が発生し始める．マグマの蓄積や移動に伴って，火山体が膨張する．マグマの地下浅部への上昇に対応して，地熱の異常が温度や電磁気の観測にかかる．噴気の量が増えたり，火山ガスの化学組成に変化が見られる．
　これらの前兆現象をうまく活用して，防災に役立てた例も少なくない．1991年に発生したピナツボ火山噴火への対応は，その成功例である．この噴火は，小規模な水蒸気爆発で4月2日に始まった．その3日後に，フィリッピン火山地震研究所は，米国地質調査所の協力を得て，地震計などを用いた臨時観測を開始した．また，今後想定される火山現象に対応して，どのような警報を出すかが決められた．警報は，重要度を表す6つのレベルで表現された（表3）．次第に高まる火山活動を見ながら，6月5日にレベル3の警報が，7日にレベル4の警報が出された．予測通りに，かなり規模の大きな噴火が6月9日に発生し，西側の山腹を5kmにわたって火砕流が覆った．これに対応して，警報のレベルは5に上げられ，火口から20km以内に住む住民に避難勧告が出された．クラーク空軍基地から，兵士とその家族15,000人が避難を開始したのは，この時点であった．12日の噴火で警戒区域の範囲は更に30kmに拡大された．6月15日の大噴火が発生したのは，その後であった．

　この噴火で，警告によって避難がなされなければ，火山災害ははるかに悲惨なものになっただろう．しかし，噴火前に見られるのと類似の異常は，平常時にも表れることがよくあり，その検出から噴火が確実に起こるとは，一般に言い切れない．同じ基準を用いて，予知が空振りに終ったとしても不思議ではなく，予知の成功は多分に好運によるものだった．
　現状では，火山の異常を察知しても，噴火が本当に起こるのか，起こるとしたらいつなのかを，正確に予測することは難しい．噴火の様式や規模に関して，また噴火がどう推移していつ終るかに関しては，過去の経験に頼るしかない．予測内容を抜本的に向上させるためには，地下に分布するマグマの量や状態を知り，その動向を物理的な計算から予測できるようにする必要がある．一方で，不完全な情報を最大限活用することも重要である．ピナツボ火山の例に見るように，観測データを警報のレベルと対応させることは，限界をわきまえれば，現実に役に立つ．情報の不完全さの程度を，確率で表現することも検討に値しよう．