「ヨーロッパの屋根」エトナ山が最近再び人気を集めています。

「ヨーロッパの屋根」エトナ山が最近また人気になってきました！

エトナ山はイタリアのシチリア島のカターニア県に位置し、標高は 3,357 メートルです。これは、大規模な単一起源の玄武岩質成層火山です。また、ヨーロッパで最も高い活火山でもあり、「ヨーロッパの屋根」として知られています。エトナ山は典型的な都市型火山でもあり、火山の周囲には多数の町や住宅地があります。最近、エトナ山は、煙を吐くときに吐き出される「煙の輪」に似た、規則的な形の白い輪を次々と噴き出すようになった。この火山活動は地元の観光客の注目を集め、さまざまなメディアで広く報道されました。

実際、私たちの生活の中では、「煙の輪」に似た現象は非常に一般的です。たとえば、喫煙者が吐き出す煙の輪、ダイビングや水泳時に吐き出す泡の輪、遊ぶクジラが吐き出す泡の輪、迫撃砲が発射されたときに形成される渦輪、航空機のタービンエンジンによって形成される渦輪などです。これは渦輪と呼ばれる現象です。空気力学では、このリングは「渦輪」と呼ばれ、水中の「渦輪」は「気泡輪」と呼ばれます。バブルリングが水中で動くと、リング内の空気と近くの水が、腕の上で転がるブレスレットのように、角度をつけて回転します。

喫煙による煙の輪（この写真はインターネットから引用）

ダイビングや水泳で吐き出された泡の輪（この写真はインターネットから引用）

泡の輪で遊ぶクジラ（インターネットからの写真）

フーシ派武装勢力が迫撃砲弾を発射した際に形成された渦輪（この写真はインターネットから引用）

これらの「渦輪」の形成の背後には、ベルヌーイの定理という重要な原理があります。この原理は、1726 年にスイスの流体物理学者ダニエル・ベルヌーイによって提唱されました。その本質は、理想的な流体の機械的エネルギーの保存です。つまり、理想的な条件下では、同じフローチューブのどの断面でも、流体の単位体積あたりの運動エネルギー、位置エネルギー、圧力位置エネルギーの合計は一定です。最も有名な推論は、流れが同じ高さにある場合、流量が大きいほど圧力が小さくなるというものです。流体力学でよく言及される圧力は、実際には単位面積あたりの圧力を指し、これは通常の物理学における圧力の強さです。ベルヌーイの方程式の表現は次のとおりです。

（参考文献：趙昌有。ベルヌーイ方程式とその応用。池州大学学報、2014年、28(6):2）

ベルヌーイの原理の一般的な説明は次のとおりです。2 枚の紙を用意し、2 枚の紙の間に空気を吹き込みます。紙は外側に浮かぶのではなく、力によって押しつぶされることがわかります。息を吹きかけると、2枚の紙の間の空気は高速で流れるため圧力は小さく、2枚の紙の外側の空気は流れず圧力が大きいため、外側の強い空気が2枚の紙を「押し付け」ます。これは「ベルヌーイの定理」の一般的な説明です。ベルヌーイの定理は、液体の流れ、航空機の飛行原理、煙突からの排気、タービンなどにも応用できます。また、私たちの生活の中で遭遇する「渦輪」現象のいくつかについても、わかりやすい科学的説明が得られます。

エトナ山の噴火口から「煙の輪」が噴出している（オリジナル動画）

現象を通して本質を見る：イタリアのエトナ山は一年中活動している大きな活火山です。 2023年現在、火山丘には3つの主要な火口があり、火山活動は主に火山ガス放出、火山性地震、火山熱異常、火山変形などで現れます。活火口からは高温の火山ガス、火山灰（粒径0.01～2mm）、火山塵（粒径<0.01mm）が急速に噴出します。これらの物質は周囲の空気や水蒸気と混ざり合い、火山噴火の気流や対流運動によって「渦輪」を形成し、火山の「煙の輪」という現象を引き起こします。ベルヌーイの原理と方程式の本質は、「理想流体の機械的エネルギーの保存」です。したがって、エトナ山から放出される「煙の輪」も、火山のエネルギー放出の一般的な兆候の 1 つです。

早朝のエトナ山から噴き出す「煙の輪」（オリジナル写真）

エトナ山は午後に「煙の輪」を噴出する（オリジナル写真）

エトナ山は夕方に「煙の輪」を噴出する（オリジナル写真）

科学普及号はこれで終了です！みなさん、また次回お会いしましょう！

この号の著者: Xu Zhitao、Sun Liying、Ye Xiqing、Ailin・P

企画：イェ・シーチン ルカ・F・サルヴァトーレ・G

編集者: Sun Liying、Wu Chengzhi、Li Mengmeng

レビュー: パン・シャオドン、カン・ジェンホン、ソン・ユジア

広報：Gu Guohui、Guan Sheng、Zhu Daqing

制作：中国地震局火山研究所、吉林省地震局、カターニアエトナ山観測所、アルゼンチン国家宇宙活動委員会、アルゼンチン国家科学技術研究評議会