Research press release

地球科学:ファグラダルスフィヤル火山の噴火からアイスランドの火山噴火過程を解明する

Nature

Earth science: Fagradalsfjall eruption sheds light on source of Iceland’s fire

2021年のファグラダルスフィヤル火山(アイスランド)の噴火前と噴火時の地震活動とマグマの移動に関する予想外の観測結果を報告する2編の論文が、Nature に掲載される。この研究知見は、火山噴火を引き起こす過程の理解と将来の火山活動の監視にとって重要な意味を持っている。

ファグラダルスフィヤル火山は、アイスランドのレイキャビクから約40キロメートル離れたレイキャネース半島に位置している。レイキャネース半島における過去3000年間の火山活動には、複数回の200~300年間の噴火期間があり、通常は、それぞれの噴火期間の後に800~1000年にわたる活動休止期間があった。2021年の噴火は、約800年間の活動休止期間を経て3月19日に発生し、噴火発生前には顕著な地震活動と地表の変形が数週間続き、噴火の数日前に沈静化するという異常な状態が観測された。噴火の当初は、マグマの流速が低く、溶岩流もわずかだったが、4月の終わりにかけてマグマの流速が上昇し、高い溶岩噴泉が観測された。火山噴火の前兆と火山噴火時に起こるプロセスを理解することは、人的被害とインフラの損害を防止するための警報を発令できるようにするために重要だ。

今回、Freystein Sigmundsson、Michelle Parksたちは、2021年の噴火のさまざまな前兆を調べた。数多くの火山噴火では、噴火前にマグマが地表に向かって移動するにつれて、地表の変位速度が上昇し、地震の回数が増加している。2021年の噴火は、2月24日から3月中旬にかけて地震活動と地表の変形が大きくなった後に始まったが、噴火直前の数日間は、地表の変形と地震活動度の低下が観測された。Sigmundssonたちは、地球表面を覆うプレートの移動により、噴火前に応力が地球の地殻に蓄積されるという考えを提示している。噴火前の段階で、マグマが地殻に貫入すると、こうした応力が解放される可能性があり、その後の地震活動が沈静化し、地表の変形が小さくなることは、この過程が一時的に終了してマグマが噴出することを示している可能性がある。このような知見は、噴火の予測において、火山過程、テクトニック応力、地殻組成の間の相互作用を考慮する必要があることを示しているとSigmundssonたちは結論づけている。

一方、Sæmundur Halldórssonたちは、2021年の噴火の最初の50日間に排出された溶岩を調べた。分析結果からは、地殻とマントルの境界(モホ面付近)からマグマが直接噴出していることが明らかになった。Halldórssonたちは、噴出した溶岩が時間の経過とともに変化したことを指摘している。噴火の初期段階では、溶岩は、主に地殻とマントルの境界付近から噴出していたが、その後の数週間で組成が変化した。このことは、より深い地点で生成したマグマが噴出したことを示している。これらの研究知見は、モホ面付近のマグマ貯留層が極めて動的な環境であり、信じられないほど短い時間スケール(数日から数週間)でマグマの混合が起こっていることを示している。このことは、マグマ体が形成される速さをリアルタイムで示している。Halld órssonたちは、この深度での玄武岩質マグマ系の初めての直接観測の一部を論文に示すことができ、これらのタイプの火山の理解に役立つ可能性があると述べている。

Unexpected observations of seismic activity and magma movements before and during the 2021 Fagradalsfjall volcanic eruption in Iceland are presented in a pair of papers published in Nature. The insights have implications for understanding the processes that drove the eruption and for future monitoring of volcanic activity.

Fagradalsfjall volcano is located on the Reykjanes Peninsula, around 40 kilometres from Reykjavík, Iceland. Previous volcanic activity on the Reykjanes Peninsula in the last 3,000 years has been characterized by eruptive periods of 200–300 years, usually separated by 800–1,000 years of dormancy. The 2021 eruption began on 19 March, after around 800 years of dormancy, and had been preceded by a number of weeks of elevated seismic activity and surface deformation that unusually declined in the days leading up to the eruption. The eruption initially had a low magma flow rate and minimal lava flows, but towards the end of April the magma flow rate increased and high lava fountaining was observed. Understanding the precursors of volcanic eruptions and the process occurring during them is important to be able to provide warnings to prevent loss of life and damage to infrastructure.

Freysteinn Sigmundsson, Michelle Parks and colleagues investigated the precursors to the eruption. Rates of ground displacement and number of earthquakes escalate prior to many eruptions, as magma forces its way towards the surface. Although the 2021 eruption in Iceland was initially preceded by an increase in seismic activity and surface deformation between 24 February and mid-March, a decline in deformation and seismicity was observed over several days just before the eruption. The authors propose that forces are stored in the crust of the Earth prior to eruptions, due to movements of the plates covering the surface of the Earth. Prior to eruptions, these forces may be released as magma enters the crust of the Earth, and the subsequent decline in seismic activity and ground deformation may signify that this process is coming temporarily to an end and magma will erupt. The findings demonstrate that the interaction between volcanic processes, tectonic stress and crust composition need to be considered when forecasting eruptions, the authors conclude.

In another paper, Sæmundur Halldórsson and colleagues examined lava expelled during the first 50 days of the eruption. These analyses revealed direct sourcing of magma from the boundary between the Earth’s crust and the mantle (the near-Moho zone). The authors note that the erupted lavas changed over time; during the initial phases of the eruption the lava was predominately from near the crust–mantle interface, but over the following weeks the composition changed, indicating that it was sourced by magmas generated at greater depths. These findings demonstrate that the near-Moho magma storage zone is an extremely dynamic environment, with mixing of magmas occurring on incredibly short timescales (days to weeks). This shows us how fast magma bodies can be formed in real time. The authors indicate that these are some of the first direct observations of basaltic magma systems of this depth, and suggest they may aid our understanding of these types of volcanoes.

doi: 10.1038/s41586-022-05083-4

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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