含晶体和气泡岩浆中地震波传播的数学预测

一项最新研究通过数学方法阐明了岩浆中晶体和气泡的存在如何影响地震P波的传播。研究人员推导出一个新方程来描述这些波在岩浆中的传播，揭示了晶体和气泡的相对比例如何影响波速和波形特性。

地下岩浆储层中晶体与气泡的比例对火山喷发预测至关重要。由于无法直接观测，科学家通过分析地表记录的地震P波来推断这些内部特征。既往研究主要关注气泡的影响，对晶体含量的考量有限。此外，传统模型主要解决波速变化和振幅衰减问题，未能捕捉详细的波形变换。

本研究通过整合两种不同的岩浆流数学模型，研究人员开发出新方程。结果表明：当气泡比例相对于晶体增加时，P波速度随之降低，且气泡的影响显著大于晶体。相反，衰减效应受晶体的影响更为强烈。分析进一步揭示波形特性取决于频率和气泡含量，两种基础模型之间呈现出可辨别的差异。

该新方程可根据岩浆中的气泡和晶体含量进行P波形的瞬态计算。展望未来，研究团队计划将此模型与机器学习技术结合，通过观测到的P波形反演岩浆内部成分，旨在提升火山喷发预测系统的准确性。

本研究部分获得日本学术振兴会科研基金（JSPS KAKENHI，项目号21J20389和22K03898）、日本自行车竞技赛资金（JKA及其通过KEIRIN RACE提供的促进资金）以及日本涡轮机械学会小宫研究基金的资助。部分成果基于新能源产业技术综合开发机构（NEDO）资助项目（项目号JPNP20004）的研究结果。本研究还获得文部科学省（MEXT）青年研究员战略专业发展计划框架下实施的跨境前沿研究领军者（TRiSTAR）项目的部分支持。