[화산] 곧 '후지산' 분화가 일어난다면… 날아오는 '분석'은 직전까지 '예측 불가능하다'는 경악할만한 사실

[お持て成し]

곧 '후지산' 분화가 일어난다면… 날아오는 '분석(噴石)'은 직전까지 '예측 불가능하다'는 경악할만한 사실 / 6/19(월) / 현대 비즈니스

여름 햇살이 눈부신 7월 초, 예년 후지산에서는 개장을 맞이합니다(경로에 따라 며칠의 차이가 있습니다). 9월 10일까지의 기간 동안 토, 휴일, 추석을 중심으로 매우 붐빕니다. 또한 이 시기는 고원의 지내기 좋은 환경을 찾아 등산 목적 이외의 관광객도 많아 산정에서 산록까지 매우 붐비는 시기입니다.

자, 지금까지 후지산이 분화했을 때의 피해를 예측하고 어떻게 대처해 가면 좋을지, 어떤 것을 알아야 하는지 일련의 기사로 전해 왔습니다. 이번에는 화구에서 비교적 가깝고 분화 직후에 피해를 입기 쉬운 '분사석'과 그 피해, 방재에 대해 생각해 보겠습니다.  방문객이 많아지는 앞으로의 시기, 만약 분화를 당한다면 어떻게 할 것인가? 후지산뿐만 아니라 활화산 근처를 방문할 때에는 꼭 알아두고 싶은 정보입니다.

*본 글은 블루박스 『후지산 분화와 난카이 트로프』의 내용을 재구성하여 보내드립니다.

◎ 분석(噴石)의 특징은 「빠르다」 「예측할 수 없다」

분화가 폭발적으로 이루어지면 화산재 외에 조약돌이나 큰 바위들이 하늘에서 내려온다. 분화 때 화구에서 방출되는 화산재보다 큰 바위 덩어리를 '분석'이라고 한다.

지금까지 언급한 화산재나 용암류와 달리 분석은 상공에서 맹렬한 속도로 내려오기 때문에 인간에게 직접적이고 심각한 피해를 주는 화산 분출물이다.

분석은 날아가는 속도가 빠르기 때문에 직접 맞으면 다치고 사망할 가능성도 충분히 있다. 그리고 분석은 대부분 지붕이나 벽을 관통하여 건조물을 파괴한다. 또한 화산탄 등 고온의 물질이 내려올 경우에는 화상을 입거나 화재를 일으키기도 한다.

2014년 9월 일어난 온타케산 분화 때 화구 주변에 60명 가까운 등산객이 희생됐지만 많은 목숨을 앗아간 것은 갑자기 쏟아진 분석이었다. 분화 규모가 작은 데 비해 엄청난 인적 피해가 초래된 것에 화산 관계자들은 큰 충격을 받았다.

졸저 '화산은 대단하다(PHP문고)' 에서도 거론했지만 화구에서 비오듯 쏟아진 분출의 속도는 화구에서 1km 떨어진 곳에서도 초속 100m가 넘는 처절함이었다. 이 때문에 분석에 직접 닿지 않더라도 땅에 부딪혀 부서진 파편이 부딪히는 것만으로도 치명상이 됐다.

예년 후지산은 7월 초에 개장되어 9월 말까지가 절정이다. 과연 이 시기에 분화가 일어난다면 하는 생각을 하면 매우 두렵게 느껴진다. 이번에는 이 분석과 역시 분화 시 갑자기 분출되는 화산탄에 대해 이야기해 보자.

◎ 분석(噴石)이란 무엇인가

분석의 재료는 그때까지 화구를 메우고 있던 용암 등이다. 이것들이 분화에 의해 부서져 다양한 크기의 바위 덩어리(암괴·강괴)가 되어 하늘 높이 던져진다. 더욱이 분화가 잔잔한 것에서 폭발적인 것으로 변화하면 이 바위들은 상당히 멀리까지 방출된다.

암괴의 지름이 수십 센티미터 이상이 되면 공기 저항은 무시할 수 없을 정도로 작아진다. 이런 큰 바위 덩어리는 처음 내던진 힘대로 포물선을 그리며 날아간다.

이를 포물선 궤도라고 부르며, 최초로 발사되는 속도(초속)와 튕겨나가는 각도(사출각)가 정해지면 어디로 떨어질지 예측할 수 있다. 탄도방정식이라는 것으로 고등학교 물리학에서 배우는 지식이다. 따라서 큰 분석은 날아가는 방향을 예측할 수 있는 것이다.

또한, 분석의 크기와 날아간 거리의 데이터를 수집함으로써 과거 분화에서의 폭발 에너지를 계산할 수도 있다.

분석 중에서도 지름 약 10㎝ 이하의 작은 바위는 공기 저항이 커지면서 바람에 휩쓸리게 된다. 이들은 분화 초기 분화구에서 힘차게 솟아오르는 가스와 함께 상공으로 말려 올라간다. 기둥 모양으로 솟아오른 분연을 분연주라고 하는데, 이 분연주에 포함된 물질이 상공에 도달하면 바람에 의해 가로 방향으로 흘러간다. 이렇게 작은 분출물은 화구 근처에 퇴적될 뿐만 아니라 바람 아래로도 점점 운반된다.

이처럼 분석은 크기에 따라 날아가는 방법과 떠내려가는 방법이 다른 것이 중요한 포인트이다.

◎ 크기에 따른 분류와 그 이유
　

분석은 크기로 구분되어 있다. 일반적으로 6cm보다 큰 것은 화산암괴로 불린다. 그 이하의 것은 「화산력(火山礫)」이라고 한다. '력'이란 조약돌을 말한다.

다만 화산학상 엄밀한 정의에 따르면 이 경계는 6센티미터가 아니라 64밀리미터로 정해져 있다. 64라는 얼핏 어중간한 숫자인 이유는 화산재와 화산력의 경계가 2mm인 것과도 관련이 있다.

분화 현상은 작은 것부터 거대한 것까지 폭이 넓기 때문에 2의 n제곱이라는 기준으로 정해 왔다. 그래서 공기저항의 영향이 적어지는 약 10센티미터에 가까운 64밀리미터를 채용한 것이다.

화산암괴의 크기에는 상한선이 없다. 그중에는 지름이 수십 m에 이르는 것까지 있다. 화구 근처에는 종종 사람의 키를 넘는 큰 바위가 나뒹굴고 있다.

이 밖에 분석과 마찬가지로 분화 시 화구에서 튀어나오는 것으로 화산탄이 있다.

바로 공중을 총알처럼 날아온다고 해서 이렇게 불린다. 분석과 다른 이름으로 불러 구별하는 것은 마그마가 아직 부드러운 상태이기 때문에 여러 가지 형태로 변형되기 때문이다. 물리적 거동은 화산탄도 분출과 거의 같다고 봐도 무방하다.

◎ 심각한 분석 피해

분석이 낙하한 지점에서는 땅에 큰 구멍이 뚫린다. 2000년 우수산 분화 때도 국도 230호에 다수의 분석이 쏟아져 건물과 도로가 구멍투성이가 됐다.

그해 8월 미야게지마 산정 화구에서 방출된 분석의 지름은 1m나 돼 지표면에 큰 구멍을 냈다. 또한 산 정상 부근의 공중 화장실이 심하게 파괴되었다.

분석 예측은 어려워 화산 전문가들조차 피해를 본 적이 있다.

남미 콜롬비아에 있는 갈렐라스 화산의 1993년 분화 때는 분석으로 인해 9명의 희생자가 발생했다. 화구 근처에 있던 사람들이 갑자기 시작된 소규모 분화로 날아간 분석에 맞아 숨진 것이다. 이 가운데 6명은 조사 중인 화산학자로, 분석 피해를 막는 어려움을 다시 한번 보여줬다.

◎ 예지가 어려운 분석

분석은 맞으면 즉사할 수 있듯이 매우 위험한 현상이다. 분석이 쏟아지는 가운데 피해를 막는 것은 매우 어렵다고 할 수 있다.

분석이 건물에 부딪힐 때 충격력은 부딪히는 시간을 길게 해서만 작게 만들 수 있다. 따라서 건물 지붕에 토낭을 쌓는 등으로 충돌 피해를 줄일 수 있다. 그러나 이래서는 제한적인 효과밖에 기대할 수 없고 근본적인 방재가 될 수 없다.

분석 피해를 입지 않는 가장 효과적인 방법은 내릴 수 있는 곳에서 벗어나는 것밖에 없다. 경험적으로 분석은 화구에서 4km 정도 범위에 내리는 경우가 많다. 하지만 직경 1미터를 넘는 대형의 분석은, 화구로부터 2킬로의 범위내에 낙하한다. 예를 들어 사쿠라지마 화산의 25년간 관측 결과 화구에서 36km까지 도달한 분석은 모두 지름 수 센티미터였다.

다음으로, 분석이 날아오는 방향은 상공을 불고 있는 풍향에 좌우된다. 바람 아래쪽에서는 꽤 큰 분석이 날아온다. 또 작은 화산력 크기의 분석(264mm)은 상공의 바람을 타고 꽤 멀리 운반된다.

예를 들어 높이 3km의 분연기둥과 함께 말려 올라간 지름 1cm의 조약돌은 초당 20m의 풍속으로는 7km 앞까지 날아간다. 4km 떨어진 곳에는 약 3분 만에 도달한다.

이처럼 작은 분석 날리는 방법은 풍향과 풍속에 좌우되므로 현지 기상대가 발표하는 기상정보를 알고 분화를 알게 되면 분연 흐름에 주의하는 것이 중요하다.

◎ 분화구 모양에도 좌우되는 날아오는 방향

분출이 날아오는 방향은 화구 모양에도 좌우된다. 화구가 벌어진 즉 화구를 만들고 있는 벽이 낮은 쪽으로는 더 큰, 그리고 더 많은 분석이 날아간다. 따라서 공중사진에서 화구 모양을 자세히 알아두면 어느 방향으로 분석이 날기 쉬울지 예측할 수 있다.

그러나 분화하는 중에는 화구의 지형이 시시각각 변하는 경우가 많다. 큰 분화가 일어나면 화구 벽이 무너지기도 하기 때문이다. 이러한 분화구의 형상 변화에 끊임없이 신경을 쓰기는 일반인들에게는 어려울 것이다.

◎ 예측하기 어려운 '분석 및 화산탄'
　

분출이나 화산탄 피해는 주로 분화가 시작된 직후에 발생한다. 화구 지하에서 화산가스 압력이 높아져 위에 뚜껑을 덮고 있는 암석 등을 한꺼번에 날려 구멍을 내기 때문이다. 이러한 폭발적인 분화의 시작을 관측에 의해 예측하는 것은 현재로서는 곤란하다.

2004년 9월 1일 아사마 산 폭발 당시 첫 폭발은 아무런 앞도 없이 갑자기 시작됐다. 바로 잠결에 물 상태에서 대량의 분석이 비산되면서 산록 건물에 피해가 났다. 이는 아사마 산에 있어서 21년 만의 분화였지만, 그 첫 번째 폭발을, 예측할 수 없었던 것이다.

이후 아사마 산에서는 23여 차례 분화를 거친 뒤에는 지진 증가, 지각 변동, 미약한 중력 변화 등을 관측함으로써 몇 시간 전에 다음 분화를 예측할 수 있는 경우도 있었다. 이처럼 분화가 안정된 상태가 되면 분석 방출을 어느 정도 예견하는 것도 가능해지고 있다.

1955년 이래로 분석을 자주 방출하고 있는 사쿠라지마 화산에서는 지각변동에 대한 상세한 연속 관측이 계속되고 있다. 이 결과 폭발적인 분화가 일어나기 전에 산체의 팽창이나 특유의 지진 발생 등을 감지하는 것이 가능해졌다. 그러나 1986년처럼 통상적인 규모를 크게 웃도는 분석이 예외적으로 날기도 한다.

분출의 예지는 아직 연구 중이다. 지금 단계에서 알아야 할 것은 분화가 시작되면 가장 먼저 내릴 가능성이 높은 것은 분석이라는 점이다. 또한 비록 소규모 분화라도 화구 주변에는 무수한 분석이 낙하한다는 점도 기억해 주기 바란다.

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분화가 일어나면 가장 먼저 일어나는 것이 '분사 낙하'로 화구에 가까울수록 그 피해가 클 것으로 예상된다-- 즉 등산객이 늘어나는 산개봉 후의 피해는 특히 클 것으로 우려된다고 할 수 있습니다.

그런데 분화의 유형에 따라 분석이 일어나는 방법과 영향 범위는 어떻게 다른 것일까요? 후지산이 분화했을 경우 예상되는 분화 양식에서 분석이 일어나는 방법을 시뮬레이션해 보고 싶습니다.

※ 다음은 아래의 【관련 기사】에 있는 <<후지산 분화>에서 <분사석>을 내리는 분화 <2타입>을 시뮬레이션…알아두어야 할 것은 <위험 범위>와 <화구 위치>에서 보실 수 있습니다!　

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후지산 분화와 난카이 트로프--바다가 흔드는 육지 마그마

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카마타 히로키(교토대학 명예교수)

https://news.yahoo.co.jp/articles/d34c25706065deff16eb92aa06dddf0b8796515a?page=1 

もうすぐ「山開き」の「富士山」で噴火がおこったら…飛んでくる「噴石」は直前まで「予測

もうすぐ「山開き」の「富士山」で噴火がおこったら…飛んでくる「噴石」は直前まで「予測不可能」という驚愕の事実
6/19(月) 6:48配信


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現代ビジネス
photo by gettyimages

　夏の日差しが眩しくなる7月初頭、例年、富士山では山開きを迎えます(ルートにより数日の違いがあります)。9月10日までの期間、土・休日、お盆を中心に、大変な賑わいを見せます。また、この時期は、高原の過ごしやすい環境を求めて、登山目的以外の観光客も多く、山頂から山麓まで大変賑わう時期です。

【画像】日本の火山で起こったら…町が「消滅」するほどの「火山泥流」その爪痕

さて、これまで富士山が噴火した時の被害を予測し、どのように対処していけば良いのか、どのようなことを知っておくべきかを、一連の記事でお伝えしてきました。今回は、火口から比較的近く、噴火直後に被害に遭いやすい「噴石」とその被害、防災について考えてみます。　訪れ人が多くなるこれからの時期、もし噴火にあったら、どうする？　富士山に限らず、活火山の近くを訪れる際には、ぜひ知っておきたい情報です。

　*本稿は、ブルーバックス『富士山噴火と南海トラフ』の内容を再構成してお送りします。

噴石の特徴は「早い」「予測がつかない」
木曽御岳山、2014年の噴火で、大きな被害が出た。写真は、山小屋へ救出に向かう自衛隊のヘリコプター　photo by gettyimages

　噴火が爆発的になると、火山灰のほかに小石や大きな岩が空から降ってくる。噴火の際に火口から放出される、火山灰より大きな岩の塊のことを「噴石」という。

　これまでに述べた火山灰や溶岩流と違って、噴石は上空から猛スピードで降ってくるため、人間に直接的で深刻な被害をもたらす火山噴出物である。

　噴石は飛ぶ速度が速いため、直接当たればケガをし、さらに死亡する可能性も十分にある。そして噴石は多くの場合に屋根や壁を貫通し、建造物を破壊する。また、火山弾など高温の物質が降ってくる場合には、火傷(やけど)をしたり火災を引き起こすこともある。

　2014年9月に起きた御嶽山の噴火では、火口周辺にい60名近い登山客が犠牲となったが、多くの命を奪ったのは突然降り出した噴石だった。噴火の規模が小さい割に多大の人的被害がもたらされたことに、火山関係者は大きなショックを受けた。

　拙著『火山はすごい』(PHP文庫)でも取り上げたが、火口から雨のように降り注いだ噴石の速度は、火口から1キロメートル離れた場所でも秒速100メートルを超えるというすさまじさだった。そのため噴石に直接当たらなくとも、地面にぶつかって砕けた破片が当たるだけでも致命傷となった。

　例年、富士山は7月初頭に山開きされ、9月いっぱいまでがピークである。はたしてこの時期に噴火が起きたら、と考えると、非常に恐ろしく感じる。今回は、この噴石と、やはり噴火時には突然噴出してくる火山弾について述べてみよう。

噴石とは何か
ロシア・カムチャッカ半島のカリムスキー火山の噴石　photo by getyimages

　噴石の材料は、それまでに火口を埋めていた溶岩などである。これらが噴火によって砕かれ、 さまざまな大きさの岩の塊(岩塊・がんかい)となって空高く放り上げられる。さらに噴火が穏やかなものから爆発的なものへと変化すると、これらの岩はかなり遠くにまで放出される。

　岩塊の直径が数十センチメートル以上になると、空気の抵抗は無視できるほど小さくなる。こ のような大きな岩塊は、最初に放り出された力のままに、放物線を描いて飛んでいく。

　これを放物線軌道と呼び、最初に射出される速さ(初速)と、放り出される角度(射出角)が決まれば、 どこに落ちるかが予測できる。弾道方程式といわれるもので、高校の物理学で習う知識である。 したがって、大きな噴石は飛んでいく方向が予測できるのだ。

　また、噴石の大きさと飛んだ距離のデータを集めることにより、過去の噴火における爆発エネルギーを計算することもできる。

　噴石の中でも直径約10センチメートル以下の小さな岩は、空気抵抗が大きくなり、風に流されることになる。これらは、噴火の最初に火口から勢いよく立ち昇るガスとともに、上空に巻き上げられる。柱状に立ち昇った噴煙を噴煙柱というが、この噴煙柱に含まれている物質が上空へ達すると、風によって横方向へ流される。こうして小さな噴出物は、火口近くに堆積するだけでなく、風下へもどんどん運ばれる。

　このように、噴石は大きさによって飛び方と流され方が違うことが大事なポイントである。

大きさによる分類とその理由
　噴石は大きさで区分されている。一般には6センチメートルより大きなものは「火山岩塊」と呼ばれる。それ以下のものは「火山礫」という。「礫」とは小石のことである。

　ただし火山学上の厳密な定義では、この境界は6センチメートルではなく、64ミリメートルと定められている。64という一見、中途半端な数字である理由は、火山灰と火山礫の境が2ミリメートルであることにも関係している。

　噴火現象は小さいものから巨大なものまで幅が広いので、2のn乗という基準で決めてきた。そこで、空気抵抗の影響が少なくなる約10センチメートルに近い64ミリメートルを採用したのである。

　火山岩塊の大きさには上限がない。なかには、直径が数十メートルに及ぶものまである。火口の近傍には、しばしば人の身の丈たけを超えるような大きな岩が転がっている。

　このほかに、噴石と同じく、噴火の際に火口から飛び出すものに火山弾がある。

　まさに、空中を弾丸のように飛んでくることからこう呼ばれる。噴石と別の名前で呼んで区別するのは、マグマがまだ軟らかい状態であるため、いろいろな形に変形するからである。物理的な挙動は、火山弾も噴石とほぼ同じと考えて差し支えない。

深刻な噴石の被害
有珠山噴火の際に噴石の被害を受けた建物　photo by TAKUMARU

　噴石が落下した地点では、地面に大きな穴が開く。2000年の有珠山の噴火でも、国道230号に多数の噴石が降ってきて、建物や道路が穴だらけになった。

　同年8月に三宅島の山頂火口から放出された噴石の直径は1メートルもあり、都道に大きな穴を開けた。また、山頂付近の公衆トイレが激しく破壊された。

　噴石の予測は難しいので、火山の専門家ですら被害に遭ったことがある。

　南米コロンビアにあるガレラス火山の1993年噴火では、噴石により9人の犠牲者が出た。火口の近傍にいた人たちが、突然始まった小規模な噴火で飛ばされた噴石に当たって死亡したのである。このうち6人は調査中の火山学者であり、噴石被害を防ぐ難しさをあらためて知らしめた。

予知が難しい噴石
噴煙を上げる桜島。著者の調査では、火口から3～6キロメートルにまで届いた噴石は、直径数センチメートルほどだったという。後述のように、不燃の向きに注意したい　photo by gettyiomages

　噴石は当たれば即死することがあるように、たいへん危険な現象である。噴石が降ってくるなかで被害を食い止めることは非常に困難ともいえよう。

　噴石が建物にぶつかるときの衝撃力は、ぶつかる時間を長くしてやれば小さくすることができる。したがって、建物の屋根に土嚢(どのう)を積むなどで衝突の被害を軽減できる。しかし、これでは限定的な効果しか期待できず、根本的な防災にはならない。

　噴石被害に遭わない最も有効な方法は、降ってくる可能性のある場所から離れることしかない。経験的に噴石は、火口から4キロメートル程度の範囲に降ることが多い。だが直径1メートルを超えるような大型の噴石は、火口から2キロメートルの範囲内に落下する。たとえば桜島火山の25年間にわたる観測結果では、火口から3～6キロメートルにまで届いた噴石は、いずれも直径数センチメートルだった。

　次に、噴石の飛んでくる方向は、上空を吹いている風向きに左右される。風下側では、かなり大きな噴石が飛来してくる。また、小さめの火山礫サイズの噴石(2～64ミリメートル)は、上空の風に乗ってかなり遠くまで運ばれる。

　たとえば高さ3キロメートルの噴煙柱と一緒に巻き上げられた直径1センチメートルの小石は、毎秒20メートルの風速では7キロメートル先まで飛んでいく。4キロメートル離れた場所には、約3分で到達する。

　このように、小さめの噴石の飛び方は風向と風速に左右されるので、地元の気象台が発表する気象情報を知ること、また噴火に気づいたら噴煙の流れ方に注意することが重要である。

火口の形にも左右される「飛んでくる方向」
スペイン・カナリア諸島のランサローテ島にある広大な火山地帯「ティマンファヤ国立公園」の火口の一つ。火口の壁が、右手前は低く、中央奥が高い　photo by gettyimages

　噴石の飛んでくる方向は、火口の形にも左右される。火口が開いた、つまり火口をつくっている壁が低い方角には、より大きな、そしてより多くの噴石が飛んでいく。したがって、空中写真で火口の形をくわしく知っておけば、どの方角に噴石が飛びやすいかの予測がつく。

　しかし、噴火している最中には、火口の地形が刻々変わることが多い。大きな噴火になると、火口の壁が崩れたりするからである。こうした火口の形状の変化にたえず気を配ることは、一般の人には難しいだろう。

予測の難しい「噴石や火山弾」
　噴石や火山弾の被害は、主に噴火が始まった直後に発生する。火口の地下で火山ガスの圧力が高まり、上に蓋ふたをしている岩石などを一気に吹き飛ばして穴を開けるからだ。このような爆発的な噴火の立ち上がりを、観測によって予測するのは、現状では困難である。

　2004年9月1日の浅間山の噴火では、最初の爆発は何の前ぶれもなく突然始まった。まさに寝耳に水の状態で大量の噴石が飛散し、山麓の建物に被害が出た。これは浅間山にとって21年ぶりの噴火だったが、その最初の爆発を、予知することができなかったのである。

　その後の浅間山では、2～3数回の噴火を経過したあとでは、地震の増加、地殻変動、微弱な重力変化などを観測することによって、数時間前に次の噴火を予測できる場合もあった。このように、噴火が安定した状態になれば、噴石の放出をある程度、予知することも可能となりつつある。

　1955年以来、噴石を頻繁に放出している桜島火山では、地殻変動の詳細な連続観測が続けられている。この結果、爆発的な噴火が起きる前に、山体のふくらみや特有の地震発生などを検知することが可能となった。しかし、1986年のように、通常の規模を大幅に上まわる噴石が例外的に飛ぶこともある。

　噴石放出の予知は、まだ研究途上にある。いまの段階で知っておくべきことは、噴火が始まったら、真っ先に降ってくる可能性が高いのは噴石である、ということである。また、たとえ小規模な噴火であっても、火口の周辺には無数の噴石が落下することも覚えておいていただきたい。

　◇　

　噴火が起こると、真っ先に起こるのが「噴石の落下」で、それは火口に近いほどその被害が大きいことが予想される――すなわち登山客の増える山開き後の被害は、とくに大きなものとなることが懸念されると言えましょう。

　さて、噴火のタイプによって、噴石の起こり方や影響範囲はどのように違うのでしょうか？　富士山が噴火した場合に予想される噴火様式から、噴石の起こり方をシミュレーションしてみたいと思います。

　※続きは、下の【関連記事】にある、〈「富士山噴火」で「噴石」を降らせる噴火「2タイプ」をシミュレーション…知っておくべきは「危険範囲」と「火口位置」〉からご覧いただけます！　

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富士山噴火と南海トラフ――海が揺さぶる陸のマグマ

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鎌田 浩毅（京都大学名誉教授）