ピスチャレッリ噴気孔域（カンピ・フレグレイ）の熱水系ダイナミクス：地球物理学と数値モデリングからの知見

なぜこの不穏な火口が重要なのか

イタリア、ナポリ西縁に位置する大規模な火山性陥没地帯カンピ・フレグレイは、人口密集地の下でゆっくりと隆起・割れ・ガス放出を続けています。このカルデラ内で、ピスチャレッリの噴気孔域は現在、地表に蒸気や二酸化炭素が噴出する主要な場所となっています。ここで流体が地下でどのように移動するかを理解することは単なる学術的関心にとどまりません。急激な蒸気駆動の爆発が発生する可能性を評価し、周辺コミュニティに及ぶ危険を見積もる上で重要です。

活動の多い火山的近隣環境

カンピ・フレグレイは大規模な噴火の歴史と、地盤の隆起、ガス放出、小規模地震といった静かながら懸念される活動の周期を持ちます。1980年代初頭以降、場所によっては地盤が1メートル以上隆起し、その後の膨張と収縮を繰り返しています。近年ではガス放出が強まり、活動はピスチャレッリ方面へとシフトしました。そこでは「ソッフィオーネ」と呼ばれる轟音を立てる噴出口が1日あたり600トン以上の二酸化炭素を放出しており、これは活動中の火山と同等の量です。同時に、噴気孔周辺の景観は急速に変化し、新たな噴気孔の出現、泥池の攪拌、斜面の土砂崩れによる不安定化が進んでいます。

噴気孔下の隠れた割れ目と被覆層

ピスチャレッリでの既存の現地調査は、電気探査などの地球物理学的手法を用いて地下構造を描き出しました。これらの調査により、浅部の岩盤を横切る多数の断層、流体を上昇させる破砕帯状の垂直チャネル、そして地表近くにある粘土を多く含む薄い層（いわば漏れやすい蓋）が明らかになりました。域内を横切る主要断層は、流体の横方向移動を部分的に遮るようで、一方にガスが蓄積する原因となっています。こうした要素が組み合わさり、主要な噴気孔や泥池に供給する熱水とガスの優先的な通路やトラップを作り出しています。

地下の3次元デジタルモデルの構築

この情景を定量的なツールに変えるため、著者らはピスチャレッリ下の岩相と構造の三次元デジタルモデルを構築しました。彼らは地球物理画像、地質ボーリング記録、ガス放出量の測定、地温データを組み合わせて、各層、上昇チャネル、粘土蓋、主要断層帯に実際的な物性（密度、間隙率、流体通しやすさなど）を割り当てました。多相の水–二酸化炭素混合物と熱が多孔質岩を通してどのように移動するかをシミュレートする計算コードを用い、約100メートル深度で高温流体を注入して系を進化させ、地表で観測されるガス流束と一致する定常パターンに達するまで計算しました。

圧力、熱、ガスが蓄積する場所

シミュレーションは、粘土蓋の直下に加圧された流体ポケットが形成され、カンピ・フレグレイより広い熱水系で推定される圧力と同程度であることを示します。二酸化炭素は上昇チャネルの基部に蓄積する傾向があり、そこから上方に移動するというより、蓋直下で横方向に押し広げられます。熱は周囲の岩を通して伝導できるため、さらに広く拡散し、最も高温のゾーンはガスプルームを取り囲むように広がり蓋により近づきます。蓋の直上には、液体水と蒸気が共存する環状の領域がモデルで予測され、中心の流体コア周辺で蒸気が濃縮します。これらのパターンは、ピスチャレッリでの独立した電気信号や地温の地図とよく一致しており、仮想モデルが系の実際の振る舞いを捉えていることを示唆しています。

パイプというよりダムのように振る舞う断層

研究の重要な成果の一つは、噴気孔域を横切る主要断層の役割です。モデルでは、この断層は開放排水路というよりも主に障壁として振る舞います。透水性が低いために断層を挟んだ垂直方向の圧力差が弱まり、上昇する流体は断層縁に沿って誘導され、断層と上昇チャネルの接触部付近にガス、圧力、熱が集中します。上部の部分的に封じる粘土蓋は、若干の漏えいを許容しつつ、さらに圧力とガスを貯留します。こうした漏れやすい蓋、集中したチャネル、障壁のような断層の組合せは、圧力・温度・岩盤透水性の小さな変化が流路を再編し、エネルギーの蓄積場所を移動させうる微妙な均衡を生み出します。

地域リスクへの示唆

カンピ・フレグレイ周辺に暮らす人々にとって、本研究は差し迫った噴火を予測するものではありませんが、問題が最初に発生しやすい場所をより明確に示します。結果は、ソッフィオーネ周辺、浅い粘土蓋、および上昇チャネルが断層と出会う領域を監視の優先対象としています。これらの領域でのガス放出量、地温、微妙な電気信号の変化は、過圧の増大や水と蒸気の相変化のシフトを明らかにする可能性があり、いずれも突然の蒸気駆動爆発の重要な要素です。地表観測を物理に基づく地下モデルに結びつけることで、この緊張する熱水系の進化する状態を追跡するためのより明瞭な枠組みが提供されます。

引用: Salone, R., Troiano, A., Di Giuseppe, M.G. et al. Hydrothermal system dynamics at Pisciarelli fumarole field (Campi Flegrei): insights from geophysical and numerical modelling. Sci Rep 16, 15852 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46202-9

キーワード: カンピ・フレグレイ, ピスチャレッリ噴気孔, 熱水系, 火山ガス, 水蒸気爆発（フレアティック爆発）