科学者たちはトンガの火山噴火についてどう考えているのでしょうか?

南太平洋の海底火山の大噴火が世界世論に波紋を呼んでいる。さまざまな分野の科学者が専門的な視点から火山噴火の過程と影響を解説する話を聞きに来てください。

1月15日、南太平洋の島国トンガの海上で大規模な火山噴火が発生し、環太平洋地域全体に影響を及ぼす津波災害が発生した。この「予期せぬ」火山噴火により、人口10万人の南太平洋の島国は瞬く間に世界の注目を集めた。

一部の専門家は、今回の火山噴火は過去30年間で地球上で発生した最も強力な噴火であると推測している。火山噴火による二次災害は、トンガが一時「国全体の連絡が取れない」状態になっただけでなく、今後も地球の生態環境や気候環境に予測できない影響を及ぼし続ける可能性がある。

火山の噴火は突然発生し、歴史上まれなことであるため、この事件の後には大規模な人道的救助活動が行われるとともに、関連する科学的問題について一般の人々や専門家から議論や質問が寄せられました。記者は地質学、気候学、海洋学などさまざまな分野の専門家にインタビューし、火山噴火の過程と影響を科学的な観点から解釈した。

なぜ海底火山の噴火によって「水と火の融合」が起こるのでしょうか?

誰もが知っているように、水と火は共存できません。しかし、トンガの火山噴火の際、広大な太平洋は火山を「消火」できなかっただけでなく、噴火の威力にさえ寄与した。この「水と火の融合」現象はどのようにして起こったのでしょうか?

まず第一に、海底火山から噴出するものが正確には何なのかを明確にする必要があります。一見すると「火を吐いている」ように見えますが、実際は火ではなく、溶けた鋼のような溶けた物質であるマグマです。

マグマは地球のアセノスフェアから発生します。それは岩石の溶融状態です。流れており、温度は数千度にも達します。地殻の下は高温高圧の環境にあるため、多量のマグマが蓄えられています。プレートが頻繁に動くと、マグマが高圧下で地殻を突き破り、外側に噴出し、火山の噴火を引き起こします。

火は可燃性物質と空気の間の激しい酸化反応によって発生します。水による消火の原理は、第一に温度を下げ、第二に酸素を遮断することです。酸素がなければ可燃物は酸化し続けることができず、燃焼は自然に止まります。

マグマは違います。噴火は地中の高圧によって起こり、可燃物や燃焼物質を必要としません。熱いマグマが冷たい海水と接触すると、高温により近くの海水が急速に水蒸気に変わります。 「水と火が融合する」ドラマチックなシーンです。

▲わが国の高分1B衛星のリモートセンシング画像から、紅河白島の周囲数十キロの海域に、長さ数メートルから10キロ以上に及ぶ大量の赤茶色の軽石が浮遊しているのが分かります。軽石は火山の溶岩と海水が接触することによって形成されます。主成分は通常二酸化ケイ素で、柔らかく、比重が小さいです。波の作用により、軽石が集まって大きな軽石地帯を形成し、船舶の航行に影響を及ぼすだけでなく、誤って軽石を飲み込むことで海の魚類資源が死滅する原因にもなります（画像提供：CCTVニュース）

海底火山の噴火の媒体は、陸上火山の噴火の媒体とは異なります（一方は海水、もう一方は空気）。空気の抵抗は海水の抵抗よりも小さいため、陸上で同じ規模の火山が噴火した場合、より激しくなるのは当然です。しかし真実は、海底火山の噴火は時としてもっと激しいものとなるということです。これは、マグマの噴火により海水が急速に沸騰し、非常に短時間で高温と大量のガスが発生するため、海底火山の噴火では激しい爆発が伴いやすいためです。

もちろん、海底火山活動の中には比較的穏やかなものもあります。海水とマグマが接触している間、海水は沸騰し続け、マグマは継続的に冷却され、最終的にマグマは固体状態に冷えて海底を覆います。マグマが大量に噴出すると、それが蓄積して水面上に現れ、島を形成します。

火山の噴火を警告するのはどれほど難しいのでしょうか?

現在の状況から判断すると、ほとんどの科学者は、今回のトンガ火山の噴火のレベルは比較的強く、VEI5またはVEI6（火山爆発指数）であると考えています。今日の高度に発達した技術において、なぜこれほど激しい火山活動を事前に警告することができないのでしょうか?

現時点では火山噴火（特に海底火山）を監視することは非常に困難です。

火山はマグマ活動の産物です。地下深くのマグマが非常に大きな圧力を受けると、地表に噴出して火山を形成します。火山が海の底にある場合、それは海底火山と呼ばれます。地球上には約2万の海底火山があると推定されており、そのほとんどは中央海嶺や島弧などプレートテクトニクスやマグマ活動が活発な地域に分布しています。これら 20,000 の火山の中には、すでに消滅したものもあれば、まだ若く活動中のもの、休火山もあります。たとえば、有名なハワイ諸島は、実際には火山の噴火によって形成された群島です。

世界で最も火山活動が活発な地域は太平洋です。地質学には「環太平洋火山帯」という用語があります。この火山帯は太平洋全体をほぼ取り囲んでおり、全長は 40,000 キロメートルを超えます。活火山は500以上あり、トンガ火山はその中の1つにすぎません。

世界には数多くの火山があり、広大な海には海底火山が分布しています。現在の人類の地質学的研究や海洋探査のレベルで、海底火山の活動を直感的に監視することは難しく、基本的には「放っておく」ことしかできません。

▲我が国の活火山の監視分布図。中国の火山監視ネットワークには、吉林省の長白山火山、黒龍江省の龍崗火山、五大連池火山、雲南省の靑浦湖火山、騰衝火山、海南省の瓊北火山が含まれている。これらの活火山のリアルタイム監視には、地震、重力、変形、流体など、さまざまな監視方法が使用されています（画像提供：四川オンライン）

海底火山の場合、既存の噴火データを基に次回の活動期や時期を予測するのが現在の一般的な手法ですが、このデータの科学的精度は高くなく、手法も比較的原始的です。

このため、火山活動は人間の時間スケールではなく地質学的時間スケールで発生するため、トンガ火山の噴火がいつ終わるのかは現時点では不明である。数日、数週間、あるいは数か月にわたって噴火が続く可能性もあります。唯一言えることは、その後の噴火の勢いは弱まる可能性があるということだ。これは、地震後も余震が何年も、あるいは何十年も続く理由と似ています。

火山の噴火は地球規模の寒冷化「夏のない年」を引き起こすのでしょうか？

トンガの火山が噴火した後、火山灰が気候に与える影響について人々の懸念が高まっている。大量の火山灰は成層圏に入った後、長期間沈降できず、「日よけ効果」を生み出し、地球の気温が下がる「夏のない年」を引き起こすという。この発言には科学的根拠があるのでしょうか?火山の噴火は確かに地球の気温低下と関連している。しかし、今のところトンガの火山は地球の気温に大きな影響を与えていない。

火山は、主に硫黄を含むエアロゾルを大気中に放出するため、地球を「冷却」させます。これらのエアロゾルが成層圏に到達すると、より多くの太陽光を反射し、大気内に冷却効果を生み出します。過去100年間に、インドネシアのアグン山（2019年）、メキシコのエルチチョン（1982年）、フィリピンのピナツボ山（1991年）の3回の大規模な低緯度火山噴火がありました。噴火後の冬には、中国東北部と新疆を除く中国のほとんどの地域で気温が比較的低かった。

しかし、気候への影響に関しては、火山噴火の規模が考慮されなければならない重要な要素です。フィリピンのピナツボ山の噴火は世界の平均気温を 0.5°C 下げ、VEI は 6 でした。1991 年の噴火では 20,000 キロトンの二酸化硫黄が放出されました。今回のトンガ火山噴火の推定VEIは5～6だが、噴火初日に放出された二酸化硫黄の量はわずか62キロトンであり、地球の気温に大きな影響を与えることはないだろう。

▲わが国の風雲4B衛星の観測によると、火山灰雲の鉱物粒子のほとんどは火山噴火地点の周囲に留まり、徐々に沈降し、淡色の雲は徐々に火山雲から分離し、徐々に西に広がった。分析の結果、この部分の雲は主に二酸化硫黄などの酸性ガスで構成されていることが判明した（写真提供：CCTVニュース）

一連の研究により、火山の噴火は一般的に今後1～2年間、世界および東アジアの気候に永続的な影響を及ぼし、一定の冷却効果をもたらすことがわかっています。私の国では、火山の噴火により翌年の東アジアの夏季モンスーンの強さが弱まり、その結果、私の国の夏の降水帯が南に移動し、洪水期を通じて降雨量に影響を及ぼす可能性があります。

それは海洋生態系にとって祝福なのか、それとも呪いなのか?

トンガの海底火山が噴火した後、大量の火山灰、マグマ、硫化物が海に流れ込み、海流に乗って漂いました。海洋生物にどのような影響を与えるのでしょうか?沿岸地域の生態環境に損害を与えるでしょうか?

海底火山が噴火した瞬間、周囲の海水は急速に熱せられて沸騰し、近くの海洋生物に壊滅的な打撃を与えます。火山の噴火で生じたマグマが海底を覆い、多数の海中生物が死滅する。溶岩に含まれる多量の硫化物は、遠く離れた海洋生物にも有毒です。

火山噴火の間接的な影響は長期的かつ大規模です。大量の火山灰が太陽光を遮るため、海水中の藻類の光合成が弱まります。藻類は海洋生態系における一次生産者であり、光合成によって酸素を生成し、他の海洋動物や微生物に餌となる有機物を供給します。藻類が減少すると、海域のバイオマスが減少し、その地域の生態系のコミュニティ構造に根本的な変化が生じたり、崩壊したりする可能性があります。

火山の噴火により、特定の地域の海水の濁度が上昇することもあります。これにより、藻類の光合成がさらに阻害されるだけでなく、濁った粒子状物質がサンゴ礁に付着したり、サンゴ礁を覆ったりして、サンゴ礁に生息する生物の呼吸孔や濾過孔を塞ぎ、サンゴポリプやその他のサンゴ礁に生息する生物を死滅させます。

▲トンガの海底火山の噴火による津波の影響を受け、日本では計約30隻の漁船が転覆・沈没し、各地で漁業・養殖設備が損壊した（写真提供：Global Times）

別の観点から見ると、火山の噴火は海水温の上昇や有毒・有害物質の増加を引き起こし、海洋生物の遺伝子変異を加速させる可能性がある。

数日前、「野生のキグチニベが豊漁」というニュースがテレビで流れていた。一部のネットユーザーは、これはトンガの海底火山の噴火と関係があると考えている。実際のところ、この疑惑には科学的根拠が不十分です。オオニベは中国沿岸海域における主要な経済魚種の一つであり、火山噴火によって海から追い出されたわけではない。漁船が網一つでこれほど多くのキグチニベを捕獲できるのは、我が国が長年にわたり夏季禁漁措置を実施し、海洋環境保護対策を強化してきた結果である。また、漁船の漁獲能力や魚群のレーダー探知・追跡能力が大幅に向上し、魚群が越冬地（魚やエビが冬を過ごすために集まる水域）で冬を越すようになったことも影響している。

魚群の集結がトンガ海底火山の噴火による地震と津波に関係しているかどうかについては、その可能性は高くないが、中国沿岸海域に伝わった地震波と津波の波によって、キグチニベが短期間で集結し、より大きな魚群を形成した可能性を完全に否定することはできない。

制作：サイエンス・セントラル・キッチン

制作：北京科学技術ニュース |北京科学技術メディア

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