長周期微小地震は地震で誘発された隠れた流体活動がカルデラ噴火を促進しうることを示す

遠方の地震が火山に重要な理由

火山は見かけほど孤立していません。世界各地で、中程度から大規模の地震が噴火に先行して観測されることがあり、場合によっては数時間しか隔たっていません。それでも、巨大地震と噴火の短い時間窓の間に火山内部で正確に何が起きているかを科学者が把握するのは困難でした。本研究は、ガラパゴス諸島のシエラ・ネグラ火山でまれに得られた高密度観測データを用い、隠れた一連の出来事を明らかにします。つまり、低周波で小さく低いうなりのような微小地震が、マグマが最終的に解放される前に内部から高圧の流体が火山を弱化させていることを示していたのです。

活動的な島嶼性火山

シエラ・ネグラは広く皿状のカルデラで、浅いシルのような貯留層（地表から約2キロメートル下）にマグマが蓄積されてきたため、数十年にわたりゆっくりと膨張してきました。カルデラ床を横切る主要な内部断層系がトラップドア断層です。1979年と2005年の過去の噴火は、この断層での中程度の地震の後、3時間以内に始まっており、断層すべりが即座にマグマ上部の岩盤の“拘束”を緩め、溶岩の逃げ道を開くことが示唆されていました。しかし2018年6月、13年間で合計6.5メートル以上の着実な隆起の後、トラップドア断層南部に沿ってマグニチュード5.4の地震が発生しましたが、火山の反応は不可解なことに8時間も遅れました。

最小の揺れを聞き取る

従来の事例と異なり、2018年の事象は高密度の地震計とGPS受信機網で捉えられていました。著者らは機械学習ツール、自動位相検出器、テンプレートマッチング技術を組み合わせて、噴火当日のより完全な地震カタログを構築しました。これにより、従来の手法では検出できないような何千もの微小地震を捉えることができました。また、衛星型GPSの測位で地表の動きをミリメートル単位で追跡しました。これらのデータを合わせることで、主要な地震前の安定した膨張、地表変形に検出可能な変化のない静かな余震期間、マグマの侵入に伴う北部と北西部カルデラ縁の突然の破壊、そして初期の地震から約10時間後に始まった噴火、という四つの段階が明らかになりました。

長周期地震の隠れた実態

重要な発見は、主要地震とマグマ移動の間の「静かな」8時間に何が起きていたかにあります。M5.4の事象から約2時間後、北西部カルデラの既知の熱水活動域であるミナス・デル・アスフレ付近で新しいタイプの地震信号が現れました。これは長周期のマイクロ地震で、エネルギーが低周波に集中し、鋭い破裂音というよりはこもった衝撃のように聞こえる小さな事象でした。これらはほぼ同一の波形で繰り返し発生し、空間と時間で群をなしていました。精密な解析は、これらの信号が単純な脆性破壊に期待されるパターンを欠いていることを示しました。波形の極性が反転した“アンチリピーター”と呼べる対もしばしばあり、局所的な応力方向が急速に反転していることを示唆します。これらの特徴は、貯留層を縁取る断層沿いに位置していることと合わせ、通常の岩盤破壊ではなく、亀裂内を移動する加圧流体やガスが関与していることを強く示しています。

隠れた流体から完全な噴火へ

これらの長周期群発は約6時間持続した後、突如止まり、より高周波でエネルギーの大きい地震が優勢となり、山体の破壊が始まりました。UTCで約17:00に地震発生率と規模が跳ね上がり、北西カルデラの浅い貯留層上部の岩盤がついに破壊され、マグマが側方に侵入し始めたことを示しました。高頻度のGPS観測は、浅いシルの減圧とマグマの上昇に伴う急速な地表変動を記録しました。約2時間半後、ボルカン・チコ付近に割れ目が開き、溶岩が流出し始め、継続する地震活動とともにカルデラ底の急速な沈降が観測されました。8時間の遅れの間、貯留層内部での追加的な加圧、つまりより深部からのマグマ注入を示すような余分な隆起や地震様式の変化は見られませんでした。

火山ハザードへの含意

多くの火山で、近傍の大きな地震が噴火を誘発しない場合、それは単にマグマシステムが準備できていなかったためだと仮定しがちですし、誘発した場合はその結びつきが直接的だと考えられがちです。本研究はより微妙な図式を示しています。シエラ・ネグラでは、主要地震は既に準備された膨張した貯留層に強い応力ショックを与えましたが、噴火にはその後に続く中間段階、すなわち目に見えない形で流体が断層に沿って浸出し、間隙水圧を上げ、周囲の岩石を静かに弱化させる過程が必要でした。この“隠れた”流体活動の後にのみ山体が崩れ、マグマが逸出しました。これらの結果は、表面上静かな火山が地震で攪乱された系を噴火へと傾ける最終的な不安定段階に入ったことを認識するうえで、微小で低周波の地震活動を監視することが重要である可能性を示唆します。

引用: Song, Z., Bell, A.F., LaFemina, P.C. et al. Long-period microseismicity reveals cryptic earthquake-triggered fluid activity can facilitate caldera eruptions. Nat Commun 17, 2040 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68645-4

キーワード: 火山, 地震誘発, シエラ・ネグラ, マグマと流体, 微小地震活動