噴火柱

噴煙柱または噴煙の煙は、爆発的な火山噴火の際に放出されるガスに浮遊する過熱した灰と火山灰の雲である。火山物質は垂直の柱または噴煙を形成し、火山の火口から数キロメートル上空まで上昇することがある。最も爆発的な噴火では、噴煙柱は 40 km (25 マイル) 以上上昇し、成層圏を貫通することがある。火山による成層圏へのエアロゾルの注入は、短期的な気候変動の大きな原因である。

爆発的な噴火でよく見られる現象は、噴煙柱の崩壊です。噴煙柱の密度が高すぎて空気の対流によって上空に高く持ち上げられず、代わりに火山の斜面を落下して火砕流または火砕サージ(後者は密度が低い) を形成します。場合によっては、物質の密度が落下するほど高くない場合は、火砕積乱雲を形成することがあります。

噴火柱は、爆発的な火山活動の際に、上昇するマグマに含まれる高濃度の揮発性物質によって、マグマが細かい火山灰と粗い火山灰に分解されるときに形成されます。火山灰と火山灰は、毎秒数百メートルの速度で噴出され、巨大な対流によって数キロメートルの高さまで急速に上昇することがあります。

噴火柱は、個別の爆発によって形成された場合は一時的なものとなり、継続的な噴火または間隔の狭い個別の爆発によって生成された場合は持続的なものとなります。

噴火柱内の固体および液体物質は、物質が上昇するにつれて変化するプロセスによって持ち上げられます。^[1]

• 柱の基部では、急速に膨張するガス、主に蒸気の圧力によって、物質が火口から勢いよく上方に押し出されます。ガスが膨張するのは、その上にある岩石の圧力が地表に近づくにつれて急速に減少するためです。この領域はガススラスト領域と呼ばれ、通常は火口からわずか 1 ～ 2 キロメートル上までしか達しません。
• 対流性スラスト領域は、火山柱の高さの大部分を占めています。ガススラスト領域は非常に乱流が激しく、周囲の空気が混ざり合って加熱されます。空気は膨張し、密度が下がり、上昇します。上昇する空気は、噴火で発生した固体および液体の物質をすべて上方に運びます。
• 柱が周囲の空気の密度が低い方向に上昇すると、最終的には、上昇する熱い空気が周囲の冷たい空気と同じ密度になる高度に到達します。この中性浮力領域では、噴出した物質は対流によって上昇することはなくなり、上向きの運動量によってのみ上昇します。これは傘領域と呼ばれ、通常は柱が横に広がることで示されます。傘領域の底部では噴出物質と周囲の冷たい空気の密度が同じになり、上部は物質を上向きに運ぶ運動量の最大の高さで示されます。この領域では速度が非常に低いか無視できるため、成層圏の風によって歪められることがよくあります。

噴煙柱は、周囲の空気よりも密度が高くなる高度に達すると上昇を停止します。噴煙柱が到達できる高さは、いくつかの要因によって決まります。

内的要因には、噴出孔の直径、マグマのガス含有量、噴出速度などがあります。外的要因も重要で、風が柱の高さを制限する場合があり、局所的な温度勾配も役割を果たします。対流圏の大気温度は通常約 6～7 K /km 低下しますが、この勾配の小さな変化が最終的な柱の高さに大きな影響を与える可能性があります。理論上、達成可能な最大柱の高さは約 55 km (34 マイル) であると考えられています。実際には、約 2～45 km (1.2～28.0 マイル) の範囲の柱の高さが見られます。

高さ20～40 km (12～25 mi)を超える噴煙柱は対流圏界面を突き破り、成層圏に微粒子を注入する。対流圏の灰やエアロゾルは降水によってすぐに除去されるが、成層圏に注入された物質は気象システムがない場合、はるかにゆっくりと拡散する。成層圏への相当量の注入は地球規模の影響を及ぼす可能性がある。 1991年にピナツボ山が噴火した後、地球の気温は約0.5 °C (0.90 °F)低下した。最大規模の噴火では気温が数度低下すると考えられており、既知の大量絶滅のいくつかの原因となっている可能性がある。

噴煙柱の高さは、噴火の強さを測る便利な方法です。なぜなら、一定の大気温度では、噴煙柱の高さは噴火量率の 4 乗根に比例するからです。したがって、同様の条件で噴煙柱の高さを 2 倍にするには、1 秒あたり 16 倍の物質を噴出させる必要があります。観測されていない噴煙柱の高さは、さまざまな大きさの火砕物が火口から運ばれる最大距離を地図に描くことで推定できます。つまり、噴煙柱が高いほど、特定の質量 (つまり大きさ) の物質をより遠くまで噴出させることができます。

噴煙柱のおおよその最大高さは次の式で与えられます。

H = k(MΔT) ^1/4

どこ：

k は、大気条件などのさまざまな特性に依存する定数です。

Mは質量噴火率です。

ΔT は、噴出するマグマと周囲の大気の温度差です。

噴火柱は密度の高い物質を多く含み、対流で支えられないほど重くなることがあります。これは、たとえば、マグマの噴出速度が上昇して、噴出柱を支えるのに十分な空気が取り込まれなくなる場合や、成層 マグマ溜まりの下層部から密度の高いマグマが噴出されてマグマの密度が急激に上昇する場合などに突然発生することがあります。

実際にそれが起こると、対流性断層領域の底に到達した物質は対流によって適切に支えられなくなり、重力によって落下して火砕流または火砕サージを形成し、時速 100～200 km (62～124 mph) を超える速度で火山の斜面を下っていきます。柱状崩壊は、柱状形成噴火で最も一般的で危険な火山災害の 1 つです。

いくつかの噴火では、噴煙柱に遭遇したり、その近くを通過したりした航空機が深刻な危険にさらされています。1982年に2回別々の事故が発生し、ガルンングン山から吹き上げた噴煙柱の上部に旅客機が飛び込み、灰が両方の航空機に深刻な損傷を与えました。特に危険なのは、灰を吸い込んでエンジンが停止すること、コックピットの窓がサンドブラストされてほとんど不透明になること、加圧ダクトから灰を吸い込んで燃料が汚染されることです。ガスタービン内の温度が非常に高いため、火山灰が燃焼室で溶けて、タービンブレードなど、その下流の部品にガラス質のコーティングが形成されるため、エンジンへの損傷は特に問題となります。

ブリティッシュ・エアウェイズ9便の事故では、4基のエンジンすべてが停止し、19日後のシンガポール航空747便の事故では、4基のエンジンのうち3基が停止した。どちらの場合もエンジンは正常に再起動されたが、機体はジャカルタに緊急着陸せざるを得なかった。

1989年にはアラスカのリダウト火山の噴火柱によって航空機に同様の被害が発生した。1991年のピナツボ山の噴火後、航空機は噴火柱を避けるために進路を変更したが、それでも東南アジアの広範囲に拡散した細かい灰によって16機の航空機が被害を受け、中には火山から1,000km (620マイル) も離れた場所にいた航空機もあった。

噴火柱は通常、気象レーダーでは見えず、通常の雲や夜間に隠れている可能性があります。^[3]噴火柱は航空に危険をもたらすため、世界中に9つの火山灰警報センターのネットワークがあり、衛星、地上報告、パイロット報告、気象モデルからのデータを使用して、継続的に噴火柱を監視しています。^[4]

• 氷火山
• エンケラドゥス– 土星の火山活動が活発な衛星
• ペレ山
• ペレ（火山）
• ペレアン噴火
• プリニー式噴火

• Casadevall TJ、Delos Reyes PJ、Schneider DJ (1993)。「1991 年ピナツボ山の噴火と航空機運航への影響」。火と泥：フィリピンのピナツボ山の噴火とラハール。米国地質調査所/フィリピン火山地震研究所。2007年 6 月 30 日閲覧。
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• USGS情報
• ガルングン噴火柱の説明