トンガの火山が噴火、高温のマグマの噴出により地球の気温が下がる可能性も？

最近、トンガ海のフンガ・トンガ火山（南緯20.5度、西経175.4度）が噴火し、大規模な津波が発生しました。

H8衛星画像で見るトンガの火山噴火

（画像出典：気象庁）

新華社によると、トンガの首都ヌクアロファの北約65キロにあるホンアハ・アパイ島で2022年1月14日午前（北京時間）から火山の噴火が始まり、15日午後に再び噴火した。火山の噴火により、大量の火山灰、ガス、水蒸気が高高度に流入して巨大な雲が形成され、高度20キロまで噴火した。

H8衛星画像に映る火山噴火

(画像出典: tropicaltidibits)

14日の火山噴火後、トンガ国立津波警報センターは全国津波警報を発令した。気象局は、トンガ全土が津波、大雨、洪水、強風の脅威に直面していると発表した。 15日の火山の噴火により海水が逆流した。首都ヌクアロファの主要道路は冠水し、多くの建物が浸水した。

トンガ火山噴火の衛星写真

（写真提供：カンカンニュース）

火山噴火の強大な力により、多くの国で異常な海水の動きが生じた。フィジー、サモア、バヌアツ、ニュージーランド、オーストラリア、日本、米国、チリも津波警報を発令した。

パート1

夏のない年：火山噴火と気候の関係とは？

火山の噴火は溶岩が地球を焼き尽くしたり、沿岸地域で津波が発生したりすることだけを引き起こすと考えているなら、それは間違いです。

火山の噴火は、地元住民に多大な人命と財産の損失をもたらすだけでなく、夏の気温低下や異常な降雨など、気候変動に永続的な影響を及ぼす可能性があり、その強度は非常に大きいです。

歴史的に、火山の噴火は「夏のない年」をもたらしてきました。 1815年にインドネシアのタンボラ火山が噴火し、北半球で異常気象が発生し、夏には稀に見る低温と猛吹雪が発生し、ヨーロッパ、アメリカ、アジアの3大陸に影響を及ぼしました。タンボラ山の噴火は、わが国の広い地域で低温と農作物の不作をもたらし、雲南省の3年間にわたる飢饉の直接的な原因でもありました。

過去千年間の気候変動において、火山活動は気温の変化に影響を与える重要な要因となってきました。

IPCC AR4報告書における、過去1000年間の火山活動による気温変動への影響の模式図

（画像出典：参考資料2）

火山爆発指数（VEI）は、米国地質調査所のニューホール教授とハワイ大学マノア校のスティーブン・セルフによって提案されました。噴出物と火山雲の量を定性的に観測することで、火山噴火の強さを測定します。値が大きいほど、火山噴火の強度範囲が広くなり、放出されるエネルギーと周辺地域への被害の程度が大きくなります。

火山爆発指数とその特徴

（表出典：参考文献7）

「夏のない年」を引き起こしたインドネシアのタンボラ火山のVEIは7だったが、トンガの火山噴火のVEIは6に達する兆候がある。VEIが6に達した最後の時は、フィリピンのピナツボ火山が噴火し、世界の気温が平年より0.3～0.5度下がった1991年だった。

パート2

明らかに熱いマグマなのに、なぜ気候が冷え込むのでしょうか?

では、なぜ火山の噴火は気候と関係があるのでしょうか?研究によると、火山活動が気候システムに与える影響には、主に以下の側面が含まれます。

まず、火山灰の粒子が太陽放射を遮ります。火山活動により大量の高温の火山灰やガスが放出されることがあります。大気中に放出された火山灰は太陽放射を効果的に遮断し、気温の低下を引き起こします。さらに、火山灰の粒子はサイズも重量も大きく、通常 6 ～ 12 か月間、長期間大気中に留まります。

例えば、1980年にワシントン州のセントヘレンズ山が噴火したとき、研究者らは観測地点で記録された地上気象データに基づき、火山灰の影響で噴火当日の日中の気温が8℃も下がったことを発見した。

第二に、硫酸エアロゾルは太陽放射を散乱・反射します。強力な火山噴火により、大量の硫黄含有ガスが大気中に放出されます。これらのガスは一連の化学反応を通じて下部成層圏で硫化物エアロゾルを形成します。同時に、大気全体のSO2、CO2、H2S、CH4、および微小固体粒子のバランスも変化させ、大気中で異常な光化学反応を引き起こします。

エアロゾルは水蒸気と混ざって火山雲を形成し、地表に到達する直接的な太陽放射を大幅に減少させ、散乱した太陽放射を増加させます。その結果、地表の総放射が減少し、冷却が起こります。さらに、成層圏の硫化物エアロゾル粒子は、近赤外線帯の短波放射と地表および下層大気から放射される長波放射も吸収し、成層圏を温めます。

火山雲は大気の循環とともに2～3週間以内に急速に地球全体に広がり、地球の気候に影響を及ぼす可能性もあります。大規模な火山噴火により、地球の気温が0.2～0.5℃低下する可能性があります。成層圏では降水による浄化作用がないため、火山エアロゾルは最大 2 ～ 3 年間残留する可能性があります。

例えば、1991年にフィリピンのピナツボ山が噴火した際、全球のオゾン濃度を測定する衛星に搭載された機器によるリアルタイム監視結果から、20×10^12g (Tg)を超える気体二酸化硫黄と火山灰が成層圏に運ばれたことが示されました。一連の反応の後、これらの火山物質は最終的に約 30×10^12g の H2SO4/H2O エアロゾルを生成しました。エアロゾルは噴火後2年まで気候に影響を及ぼし続けた。

第三に、火山の噴火によって生成されたエアロゾルは成層圏のオゾンの化学反応に影響を及ぼす可能性があります。成層圏オゾンの生成と減少は、成層圏紫外線の放射量に影響を与えます。火山噴火エアロゾルは成層圏の温度に影響を与えるだけでなく、オゾンの反応場となるエアロゾル表面を増やし、化学反応の速度を変え、成層圏オゾン濃度を低下させ、紫外線吸収を減少させ、成層圏底部の放射加熱を減少させます。しかし、火山噴火エアロゾルによる他の帯域と地上の長波放射の吸収により、成層圏全体の温度は依然として上昇します。

第四に、火山の噴火は地域の大気循環システムに影響を与え、気候にも影響を与えます。実際の出来事をいくつか学ぶと、より激しい火山活動は通常、夏の寒冷化につながるということが分かるかもしれません。しかし、冬には北米とユーラシアの多くの地域で気温が上昇したり下降したりし、その変化の大きさは噴火現場の場所によって異なります。

ここ数十年間に熱帯地方で起きた2回の火山活動は、どちらも噴火があった年に北米とヨーロッパの一部で冬の気温の上昇を引き起こした。このシナリオでは、低気圧と寒気が高緯度に長期間留まり、より強い偏西風循環によって暖かく湿った海上の空気が陸地に運ばれ、影響を受ける地域で冬の気温が上昇します。

火山噴火が気候に与える影響の模式図

（画像出典：参考資料2）

私の国の気候も激しい火山噴火の影響を大きく受けており、多くの年次気候異常は激しい火山噴火と密接に関係しています。例えば、1991年にフィリピンのピナツボ山が噴火した後、中国では1992年の夏から秋にかけて広範囲に低温が続き、中国東北部から内モンゴル、長江下流にかけての地域がさまざまな程度の寒冷被害に見舞われました。

我が国の強力な火山噴火後の気温変化の傾向について、関連研究によると、強力な火山噴火後1～2年間は我が国の気温は基本的に低下しますが、冷却の強さには地域や季節によって大きな違いがあります。わが国で冬の半分の時期に気温の変化が顕著な地域は、主に青海チベットと東部、中部に集中しており、次いで南東部、最後に北西部と北東部となっています。

緯度や季節によって異なる火山の噴火が、我が国の冬季の地域的な気温差に与える影響

（画像出典：参考文献3）

私の国では、夏の半年間における火山噴火の影響を受ける地域は、冬の半年間における影響を受ける地域よりも小さいです。これらは主に青海チベットと中国東北部に集中しており、地域ごとに気温の上昇と下降に明らかな違いが見られます。

異なる緯度と季節での強力な火山噴火が、夏の半年間に我が国の地域的な気温差に与える影響

（画像出典：参考文献3）

パート3

樹木の年輪と氷床コア：自然から見た司馬遷

衛星による監視の他に、人類は火山活動についてどのように知ることができるのでしょうか?実際、自然はすべてを知っています。火山活動が気温や降水量などに与える影響は、樹木の年輪、サンゴ、石筍などの媒体に記録され、科学者が火山噴火が気候に与える影響を研究するための参考データとなります。

高解像度、多数の複製、正確な年代測定、広範囲にわたる分布を有する樹木の年輪は、歴史上の大規模な火山噴火の時期を特定し、その気候変動への影響を研究する上で重要なサポートを提供します。 1930 年代初頭から、アメリカの研究者たちは火山活動の年代を特定するために樹木の年輪データを使い始めました。研究者たちは、過去5,000年間の米国西部の樹木の霜の輪と気象現象および大規模な火山活動との関係を比較し、強力な火山噴火が霜の輪の出現の要因の1つであると考えた。

木の幹の断面にある年輪

(画像出典: Wikipedia)

他の研究では、火山の噴火によって引き起こされる夏の低温が浅い樹木の年輪の形成に重要な要因であることが示されています。たとえば、1398 年から 1982 年にかけて、カナダのケベック州北部で浅いリングが出現した年の 66% は、火山の噴火活動と一致していました。要約すると、特定の条件下では、木の特徴的な年輪は、火山の噴火の時期を決定するための直接的な証拠として役立ちます。

木々に加えて、氷も優れた記録装置です。火山噴火物質や二次エアロゾルは、大気の循環を通じて極地の氷冠や山岳氷河地域に運ばれ、氷の中に保存されます。他の媒体と比較すると、氷床コアは、高解像度、長期にわたる時系列、火山噴火物質を正確に記録する能力により、火山活動の研究において比類のない利点を持っています。

掘削機から採取した氷床コアサンプル

(画像出典: Wikipedia)

1970年代、デンマークの氷河学者は、氷床コア内の酸性物質（主に硫酸）の濃度の異常な変化が火山活動を反映している可能性があることに初めて気づき、グリーンランドの氷床コア3つを使用して過去200年間の火山の歴史を再構築することに成功しました。それ以来、数多くの南極とグリーンランドの氷床と山の氷床コアが、火山堆積の歴史を再構築し研究するために使用されてきました。研究者は、氷床コア内の各断層層の化学組成、粒子含有量、その他の要素を測定することで、いくつかの重要な火山噴火パラメータを測定することができます。

トンガ火山の噴火はまだ中国沿岸に壊滅的な影響を及ぼしておらず、中国人の死傷者も報告されていないが、この火山噴火が中国、さらには地球の気候にどのような影響を与えるかについては、より多くのデータと、関係する専門家によるさらなる研究が必要である。

参考文献:

1. 新華社通信、北京、1月16日、概要：トンガの海底火山が噴火し、多くの国が津波警報を発令

2. リー・チュアンジン、レン・ジアウェン、チン・ダーヘ、シャオ・クンデ、ホウ・シュグイ、ディン・ミンフー。火山活動の気候への影響と氷床コア記録に関する研究の進展[J]。氷河・地質凍結学ジャーナル、2012年、34(04):863-876。

3. Hao Zhixin、Sun Di、Zhang Xuezhen、Zheng Jingyun。 20世紀以降の中国における強力な火山噴火による気温変化の地域差への影響[J]。地理学の進歩、2016年、35(03):331-338。

4. 李明奇、邵雪梅。樹木年輪データに基づく過去1000年間の青海チベット高原東部における強力な火山噴火と気温変化の関係に関する予備的研究[J]。地球科学の進歩、2016年、31(06):634-642。

5. チェン・ユーピン、チェン・フェン、チャン・ヘリ、胡毛、王世傑、ハダド・マルティン・アリエル、ロイグ・ジュエント・フィデル・アレハンドロ。樹木の年輪に記録された西暦1200年以降の強力な火山噴火と、南アジア高地の河川水源地域の気候および水文学的変化との関連性[J]。第四紀科学、2021年、41(02):323-333。

6. 陳欣。過去1000年間の北半球地表温度の再構築：マルチスケール融合法の研究[D]。清華大学、2017年。

7. 黄庭。中国北東部の泥炭層に記録された完新世の火山噴火イベントと古気候反応に関する研究[D]。中国地質大学、2013年。

8. デイリー・エコノミック・ニュース、1月16日：トンガの海底火山が噴火し、16日早朝に中国沿岸海域で津波が観測された。

表紙画像：Haike Newsより

制作：中国科学普及協会

制作：新武科学

制作者: 中国科学院コンピュータネットワーク情報センター

（この記事で出典が示されている画像は許可されています）

この記事は著者の見解のみを表しており、中国科学博覧会の立場を代表するものではありません。

この記事は中国科学博覧会（kepubolan）に最初に掲載されました。

転載の際は公開アカウントの出典を明記してください

中国科学博覧会