火山の痕跡の軌跡: エトナでのテストの成功は、光ファイバー技術が火山の監視能力を大幅に拡張できることを示しています。そこに敷設されたセンサーケーブルは、光ファイバー測定を使用して火山の最も微妙な活動を記録し、隠れた構造を明らかにすることができました。このプロセスは前例のない感度を備えているため、地球の危険な火の山の研究と監視に重要な貢献をする可能性がある、と科学者らは述べている。
多くの火山はいまだ謎に満ちており、予測が困難です。火山学と地震学の大きな進歩にも関わらず、噴火前および噴火中の多くの物理的プロセスは依然として不明です。地震計など従来の観測手法では、火山現象の予兆をタイムリーに検知することは依然として困難です。何より感度と精度が物足りない。火山噴火のリスクを予測および評価する場合、弱い活動の検出は非常に重要です。
エトナの側面にある長い触角
シチリアのエトナ火山では、ドイツ・ポツダム地球科学研究センター（GFZ）のフィリップ・ジュセ率いる国際研究チームが、微細な火山活動の測定に光ファイバーケーブルがどの程度適しているかを調査した。この基礎となったのは、地震監視におけるいわゆる光ファイバー音響測定 (分散型音響センシング、DAS) 手法によるこれまでの成功でした。従来の光ファイバー電話ネットワークは、回線内の光信号の乱れに基づいて地面の動きに関する情報を取得するために使用されます。火山活動を記録するために、ジュセ氏らは特に光ファイバーケーブルを敷設した。2018年、エトナ山の頂上火口から約2キロメートルの深さ約20センチメートルのスラグ層に、長さ1.3キロメートルのケーブルが挿入された。
科学者たちは現在、センサー ケーブルがそれ以降にもたらした結果について報告しています。彼らの説明によれば、このプロセスには、光ファイバーケーブルを通じて光のパルスを連続的に送信することが含まれます。繊維の自然な特徴から部分的に後方散乱された光が捕捉され、分析されます。これにより、最初はケーブルの制御シグネチャが生成されます。微妙な地面の動き、音波、または温度の変化によってファイバーがわずかに変形し、それによってケーブル内の光の通過時間が変化するため、センサー機能が発生します。科学者らによると、このプロセスにより、線路に沿ったあらゆるメートルでそのようなイベントを検出できるようになり、非常に詳細なデータが得られるという。
有望なテスト結果
「スコリア層に敷設されたケーブルは、火山爆発、小規模な火山性ガス放出、局所的な火山構造地震、さらには雹や雷雨などの大気現象など、エトナ山の火山活動に伴うひずみの変化を測定し、位置を特定することができた」とジュセ氏は報告している。 。 DAS データは、受振器、広帯域地震計、インフラサウンド センサーなどの従来のセンサーを使用した測定によって確認されました。ただし、空間的に非常に高密度な測定データは DAS 法でのみ可能でした。 「この形式の前例のない空間分解能により、これまで実際にはほとんど使用できなかった弱い信号を初めて明確に分離して評価することが可能になりました」と、共著者である GFZ の Benjamin Schwarz 氏は述べています。
研究者らがさらに報告しているように、共鳴現象は地下でも検出可能でした。それらは、火山爆発の結果として音波が伝播し、地表近くのスコリア堆積物と相互作用するときに引き起こされます。このデータは、地下の隠れた構造的特徴を検出する方法に組み込むことができます。したがって、DAS 法は火山活動を特定し、地表近くの構造も明らかにすることができます。 「私たちの研究は、高感度と精度を備えた DAS を使用して火山活動を効率的に監視できることを示しています」と Jousset 氏は要約します。
科学者たちは、このプロセスにはリスク評価を改善する大きな可能性があると考えています。その重要性は、近くに100万人以上の人が住んでいるエトナ山の場合には特に明らかです。この火山は、爆発的な噴火や溶岩流によって、地域に恐怖と恐怖を繰り返し引き起こしています。 「私たちの研究結果は、火山プロセスの理解を進める新たな貢献です。そして私たちは、この技術が今後数年間で火山監視の標準になると確信しています」と、共著者であるローマ国立地理学研究所のジルダ・カレレンティ氏は述べています。
出典: ポツダム ヘルムホルツ センター – ドイツ地球科学研究センター GFZ、専門記事: Nature Communications。土井: 10.1038/s41467-022-29184-w
