2021年のエトナ火山噴火パロキシズムにおけるインフラサウンドアレイデータセット

火山の深い声に耳を澄ます

火山が噴火すると、火や灰を放出するだけでなく、人の耳には聞こえない非常に低い音で囁くような現象も起きます。これらの「インフラサウンド」は空気中を何マイルも伝わり、溶岩や灰が見える前から火山内部で何が起きているかを明らかにできます。本研究では、イタリアのエトナ山での非常に活動的な年に記録されたこれら隠れた音のオープンアクセス記録を公開し、噴火予測の改善と周辺地域の安全確保に役立つ強力な資源を提供します。

静かな唸りが重要な理由

エトナ山は世界で最も活動的な火山のひとつで、頻繁に溶岩噴泉や火山灰雲を吹き上げ、航空交通に支障をきたしたり周辺の町に降灰をもたらしたりします。監視のためにイタリアの研究者たちは、地震計、ガス観測、地盤変動計測など密な観測網を運用しています。ここ数十年で、非常に低周波の音波であるインフラサウンドが、噴火の開始を検知し、その進行を追跡し、放出される灰やガスの量を推定する上で特に有用であることがわかってきました。しかし、高品質で公開された火山由来のインフラサウンドデータは稀であり、世界中の研究者が新しい手法を検証するのが難しいという問題がありました。

エトナの耳を作る

このギャップに対処するため、チームはエトナの噴火口から約6キロ離れたモンテ・コンカという丘に特別な「観測所」を設置しました。単一のマイクの代わりに、中心点を囲むように配置した6台のインフラサウンドセンサーのアレイを設置し、サラウンドシステムのマイクに似た構成にしました。この設計により、各センサーでの音波到着時刻のわずかな差を比較でき、弱い信号を増幅して発信源を特定できます。火山観測向けに作られたこれらのセンサーは小型で低消費電力で、幅広い周波数帯域にわたる微小な気圧変化を記録できます。

過酷な山上で機器を稼働させ続ける

雪に覆われた高地の火山で敏感な電子機器を1年間稼働させ続けるのは容易ではありません。各センサーは小型のライフサポートのように機能する特注のボックス内に収められました。そのボックスは防水・断熱構造で、センサー本体、デジタルレコーダー、大容量バッテリーを格納し、冬季も電源を維持するためのソーラーパネルが載せられています。内部のフォーム材や機械的フィルターが、火山由来の信号を模倣する風の突風からセンサーを保護します。この頑丈な設計により、アレイは2021年5月から2022年4月までほぼ連続して稼働し、メンテナンスによる小さな断続と記録装置に繰り返し問題を起こした1台のセンサーのみが例外でした。

数十回の噴火を詳細に追跡

観測期間中、エトナは特に活発な段階に入りました。2020年末から2021年にかけて、同火山はパロキシズムと呼ばれる60回を超える強力な爆発的噴火を生じ、激しい溶岩噴泉や高度10キロメートルにも達することのある灰柱を発生させました。新しいアレイは2021年5月から10月の間に39件のそのような事象を捉え、さらに数か所の火口からの穏やかな脱ガスや小規模な爆発も記録しました。6台のセンサーを一つの聴取システムとして扱い、高度な処理を用いることで、ランダムな風雑音を除去し火山活動に関連する整合的な圧力波を抽出できました。穏やかな背景放出、ストロンボリアン様の爆発的噴火の断続、持続的な溶岩噴泉といった異なる挙動が、それぞれ異なる音パターンと周波数特性を持つことを示しました。

異なる火口の声を分離する

最も強力な成果の一つは、アレイが任意の時点でどの火口が「発言」しているかを識別できる能力です。インフラサウンドの到来方向を測定することで、チームは主に二つの領域から安定して信号が来ているクラスターを特定しました。ひとつは劇的な溶岩噴泉を多く発生させた南東および新南東火口群、もう一つは穏やかに脱ガスしていたボッカ・ヌオーヴァとヴォラージネ火口群です。南東火口群の爆発的事象は、典型的な強力なガス放出を表す1〜2ヘルツ付近を中心とした鋭い衝撃波形が支配的でした。対照的にボッカ・ヌオーヴァやヴォラージネからの信号は、ベントや火口壁の形状により形成されたいくつかの明確な周波数で共鳴的な調子を示しました。これらの違いにより、視界が悪い場合でも、インフラサウンドだけで複数のベントからの重なり合う活動を区別できることが示されました。

火山近傍に住む人々にとっての意義

専門外の方にとっての重要な成果は、エトナに実証された「音響監視」システムが整い、1年間分の記録が誰でも自由に利用できることです。この研究は、堅牢なインフラサウンドアレイが雪に覆われた高地の火山で通年稼働でき、主要な噴火や穏やかな脱ガスの微妙な気圧変動を確実に記録できることを実証しました。このデータセットは、噴火活動を自動的に検出・位置特定する早期警戒ツールの改良に役立ち、航空や風下の地域社会への迅速な警報発出を支えます。要するに、火山の最も深い唸りに注意深く耳を傾けることで、科学者たちは次の大きな噴出を予測する術を学びつつあります。

引用: Zuccarello, L., Gheri, D., De Angelis, S. et al. Infrasound Array Dataset of the 2021 Eruptive Paroxysms of Etna Volcano. Sci Data 13, 296 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06638-0

キーワード: インフラサウンド, エトナ山, 火山監視, 噴火早期警戒, 地震音響学