ガソリン爆発、京都アニメーション、水素燃料


京アニの放火に巻き込まれた方が2ヶ月以上、経った今、また一人が亡くなられた。 先日全員快方へと報道があったばかり、また一人、才気溢れ若く前途有望なクリエイターが失われた。
深い悲しみとともに、ご冥福をお祈りします。

京アニ放火、玄関から逃げた女性死亡…死者36人に
www.yomiuri.co.jp/national/20191005-OYT1T50170/

犯行動機が「書いていた小説がパクられた」というなんとも頭を抱えてしまうものであるようだが、いまだ犯人の逮捕に至っておらず被疑者の回復を待っている状態である、言いたい事は山程あるが、犯人についてはここで私などが言っても詮無き事なので触れるのを辞めておこうと思う。

ガソリン放火

犯行の手段であるガソリンを用いた放火について。

この事件が起きるまで、実は私はガソリンはなかなか爆発しないものだと思っていた。 無知だねと思われるかもしれないが、言い訳をすると、少しだけ専門知識がある故、一周回って無知になっていた。
自分は大学の化学科を出ている。化学科を出るとガソリンスタンドの危険物取扱者の乙種4類を持っている資格の一個上の危険物を全種類取り扱える甲種の受験資格がおまけでついてくる。資格は取得していないが、その程度には可燃性危険物の危険性は知識としては持っていたつもりになっていた。

さて、なんで爆発しないと思っていたのかについてだが、ガソリンというものは、空気中の酸素と気化したガソリンである可燃性混合ガスの比率割合のレンジが非常にシビアに狭いため、濃度が一定以下でも、一定濃度以上でも爆発しない特性があるのだ。だから簡素なガソリンタンクに保管できるし、車にガソリンを入れるために蓋をあけた静電気で着火しても、ガソリンタンクに火が回り込んで吹き飛ばずに済んでいる。
素人がセルフで給油できるぐらいには、安全な危険物なのだ。

だから、たとえ車が横転して火がついても、よほどの事がないと爆発しないし、十二分の避難の時間があるものだと思っていた。実際にF1などでも消化器で消火できている。

ガソリンの爆発限界は1.1~7.6%と非常に狭い。かつ、密閉容器内で放っておくと56~79%まで気化するため、タンク内は自然と7.6%以上の濃度になるので火がタンク中にまで回りこまない。

容易に着火はするが、爆発させるには条件がある。これがガソリンの特性だ。

2003年の名古屋の立てこもり放火では、ガソリンを撒いてから着火まで3時間があった。この3時間で予混合がおきたため、着火時に爆発がおきた。・・・と考えられていた。

だが、今回はガソリンを撒いた犯行直後、みなが逃げ遅れる火災が起きた。

拡散燃焼

ガソリン爆発でないなら、では、京都アニメーションでは何が起きたのか。
ガソリンを撒き散らして火を着けた。化学的には拡散燃焼と呼ばれる現象だ。

爆発音が聞こえたとの証言もあるが、一部条件が揃ったところで、爆発がおきたかもしれないが、建物の内圧が高まって大きく吹き飛んでいないことからも、起きたのは爆発ではなく拡散燃焼からの予混合火炎であろう。

火災と、爆発では100倍ぐらい早く、発熱速度も100倍になる。
だが爆発は起きなくとも、通常の火災より素早い火炎の伝播がおきる。

ガソリンスタンドも少なくなった昨今では灯油のストーブも無くなりつつある。
ガソリンの気化がマイナス40℃で始まるのに対して灯油は44℃まで温めてあげないと火もつかない。

もし灯油を零してしまっても、すぐには火がつかないから安心して後始末ができる。・・・はずだ。
だが、その灯油でさえ、芯を使わなくても火をつける方法がある。
火炎放射器のように噴霧にしてから火をつければ拡散燃焼により素早く火炎が燃え広がる。

福知山花火大会露店爆発事故は、温めた炭酸のようにガソリン携行缶からガソリンが噴霧状に吹き出し、その先に火種があったことで被害が拡大した。

京都大学が放火火災の分析をしてくれている。

図5
5秒で螺旋階段が煙で埋まり、わずか10秒で1階は約 1218℃にもなる。
15秒で3階階段が煙で埋まり41℃、20秒で3階が255℃になる。
20秒で3階が352℃、30秒で2階上部まで煙で埋まり164℃。

今回は火災発生現場と上階まで抜ける螺旋階段をつたって煙突効果で火が上階まで登ってしまった、外部非常階段がなかったなどの建築構造物などのいくつもの不幸もあったが、なによりも、犯人はバケツにガソリンを入れて撒き散らかすことで火災延焼の速度を知ってから知らずか獲得してしまった事が最大の不幸だ。

仮設トイレでメタン爆発

仮設トイレでタバコを吸ったために爆発がおきて亡くなられたという、なんとも可哀想な事件がアメリカの方でおきた。

糞尿からメタンガス(いわゆるおならの成分)が立ち上り、これに火がつくことで爆発がおきたわけだ。
上のガソリンとメタノール(簡単にいうとメタンガスの液体)の図にもある通り、メタノールの爆発限界は6.7~36%と結構広い。(メタンガスだと5~15%?)

メタンの爆発事故は地中でメタンアーキアなどの微生物による分解の過程で生じるため、温泉ガスなどに交じることもあるので、比較的頻繁に爆発事故がおきていて、大惨事になることもある。

爆発の常識

トイレが爆発するなんて思って生活している人などほとんどいないだろう。

原発がある町で小学校時代を過ごした。
「原発ってのはとても頑丈に作っているからジャンボジェットで突っ込んでも大丈夫なんだ!!」と大人たちは言っていた。福島原発事故がおきるまで、私もそれを疑おうともしなかった。

ガソリンも爆発はなかなかしないものだ。比較的扱いやすいものだと考えていた。
もしかしたら火炎瓶闘争世代が、意図してガソリンの危険性を下の世代に教えないようにしたのかもしれないが、安全性バイアスであったのかもしれない。

例えばタワーマンションでの火災は、防炎扉でほとんど被害が十二分な消火や避難の時間は稼げる設計になっているはずだ。
だが、悪意をもってエレベーター付近で凶行に及ばれた場合、それらの安全策はどこまで機能するだろうか。それが拡散燃焼ではなく爆発だった場合は?

テロのソフトターゲット以外でもロンドンのグレンフェル・タワー火災のように、施設の老朽化とともに通常火災が深刻化するというのは十分に想定しうる未来だが、残念なことに、悲劇というのは起きてみないとそのような事が起きるなど思いもしない事ばかり。

水素燃料と水素爆発

福島原発で建屋を吹き飛ばしたのは水素爆発である。
水素は水に電気を流すだけでもつくることができる基本的な元素だ。
昨今は、燃料電池などとして期待されていて、ガソリン車の代わりに水素燃料電池の車や鉄道などが開発されている。

だが、この水素控えめに言ってもこと爆発に限ってはガソリンなどと比べるべくもない超危険物質である。

燃焼限界:水素4-75% メタン5-15%
着火:水素0.02mJ メタン0.3mJ

つまり、水素は低濃度でも高濃度でも爆発する。
静電気のパッっていう火花すら必要ない。ガソリンなどは、酸素濃度で爆発しないようコントロールできるが、水素は燃焼に酸素を必要としないのでできない。
つまり、水素がこんにちはしたら爆発までは時間の問題だ。

水素「きちゃった・・・。」

水素下限4%上限75%

水素は静電気のパッチっというのの1/10ぐらいのエネルギーで火が着く

爆発は2.67乗、威力150倍

水素燃料電池おっかねぇ

参考

2017年度「東京大学公開講座「爆発」」
ガス爆発・粉じん爆発の現象解析と防御技術
土橋律「ガス爆発・粉じん爆発の現象解析と防御技術」ー公開講座「爆発」2017


鬼界カルデラ活性化



日本の人口はおよそ1億2千万人である。そのうち1億人が死んでしまうような破局噴火の可能性がある火山がこの狭い日本に少なくとも4つある。そのうち2つの阿蘇と鬼界カルデラが活性化している。

おおよそ十万年単位でウルトラプリニー式の破局噴火がおきる。それよりも小規模なプリニー式の噴火は日本の過去12万年で10回おきている。さらにそれより小規模の破局噴火は数百年から数千年単位でおこっている。カルデラ破局噴火で予期される死者数の期待値は毎年507人、100年で5万人であるそうだ。これは地震や津波とくらべて決して低くはない数であるが時間軸が人間の寿命よりはるかに長いため軽視されがちである。

  • 1707 宝永の大地震(南海トラフ)
  • 1707 富士山宝永大噴火 VEI5 ← プリニー式
  • 1783 浅間山大噴火 VEI4

千年万年という時間軸で活動している地球にとって10年や100年などは誤差の範囲。どちらも45億歳の地球からみればほぼ同時の出来事である。マグニチュード8以上が予想される南海トラフ巨大地震では日本の人口の6割が被災すると言われている。あと百年もまたずにくるだろう。便意のようなもので、いつくるかはわからないが地球の生理的にこない可能性はむしろ考えなくてもいいぐらいだ。

で、地震がくれば、噴火もくる。大規模な地震がくれば、他の地殻も動く。大規模な噴火もくる。プレートテクトニクスやマグマがあがってくるホットプルームは地震よりさらに長いタイムスケールであるため、数千年数万年の誤差があるかもしれないが地震がおきる箇所ではいずれ噴火もおきる抱き合わせセット販売品である。

 

噴火VEIについて

ここで、通常の噴火と破局噴火について規模の違いを説明しておく。

プリニー式噴火というものは噴火するときに、勢い余って山体をふっ飛ばす威勢のいいやつだ。

ウルトラプリニー式になると、噴出物が数年間ものあいだ地球を覆い地上に太陽光が地表に届かなくなるため、規模によってはほとんどの動植物が死ぬ。文明の崩壊どころか種の大量絶滅をもたらす。1万年しか文明を構成していないとされる人類には未知の領域であるが、地球の歴史を振り返ると何度となくあったことなので充分想定しうるものである。

 
地震のマグニチュードのように噴火にもVEIがある。
噴出物の量をスケールしたものでVEIが1あがるごとに噴出量は10倍になる。

火山爆発指数

ja.wikipedia.org/wiki/%E7%81%AB%E5%B1%B1%E7%88%86%E7%99%BA%E6%8C%87%E6%95%B0

 
maps.ngdc.noaa.gov/viewers/hazards/

 

  • 2000年 三宅島 VEI2
  • 2014年 御嶽山 VEI3
  • 1933年 口永良部島 VEI4
  • 1663年 北海道有珠山 VEI5
  • -4350年 喜界島 VEI7

1990年 フィリピン バギオ大地震 マグニチュード7.8

1991年 フィリピン ピナトゥボ大噴火 VEI6

 

このときの噴火では北半球の平均気温が0.5度低下した。

ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%94%E3%83%8A%E3%83%88%E3%82%A5%E3%83%9C%E5%B1%B1
ja.wikipedia.org/wiki/%E7%81%AB%E5%B1%B1%E3%81%AE%E5%86%AC

 

トバ・カタストロフ理論
ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%88%E3%83%90%E3%83%BB%E3%82%AB%E3%82%BF%E3%82%B9%E3%83%88%E3%83%AD%E3%83%95%E7%90%86%E8%AB%96

7万5000年前のトバ火山の折には平均気温が5度低下し、6000年間劇的な寒冷化が続き氷河期に突入した。
人類はこのとき1万組まで減少した。

 

阿蘇山の活性化

2016年10月8日阿蘇山、中岳第1火口で爆発的噴火をして、兵庫まで広く降灰した。
www.asahi.com/articles/ASJB80J85JB7ULZU00Y.html

阿蘇山、中岳第1火口で爆発的噴火 兵庫まで広く降灰か 2016年10月8日05時39分
www.asahi.com/articles/ASJB80J85JB7ULZU00Y.html

 

阿蘇火山中岳の噴火情報 [2016年10月8日]
www.gsj.jp/hazards/volcano/aso/index.html

比較的大規模な噴火ではあるが通常の噴火である。
阿蘇山が破局噴火をした際には九州が火の海に沈み火砕流が海を超えて山口県にまで達した。


gbank.gsj.jp/volcano/Act_Vol/aso/fig/fig4-1p.html
gbank.gsj.jp/volcano/Act_Vol/index.html

 

この火砕流がない中央の部分がカルデラ(火口)である。
通常の噴火と規模の違いがみてとれると思う。現在では火口に街がある。

  • Aso1 : 約26.6万年前[8]、噴出量 32 DRE km3[9]。
  • Aso2 : 約14.1万年前[8]、噴出量 32 DRE km3[9]。
  • Aso3 : 約13万年前[10]、噴出量 96 DRE km3[9]。
  • Aso4 : 約9万年前、噴出量 384 DRE km3[9]。

ja.wikipedia.org/wiki/%E9%98%BF%E8%98%87%E3%82%AB%E3%83%AB%E3%83%87%E3%83%A9

阿蘇山 有史以降の火山活動
www.data.jma.go.jp/svd/vois/data/fukuoka/503_Asosan/503_history.html

 

鬼界カルデラの活性化

活性化しだしたのは阿蘇山だけではなかったようだ。

九州南方海底に活動的マグマ 神戸大が確認
headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20161119-00000001-kobenext-sctch
〔副振動〕鹿児島県の沿岸で顕著な海面昇降 船舶などへの被害に注意(11/27) 11月27日 20:00
news.goo.ne.jp/article/rescuenow/nation/rescuenow-00000005095698.html

実際に観測された潮位をみてみると、ちょっとした津波並の潮位変動が観測されている。

気象庁:ホーム > 防災情報 > 潮位観測情報
www.jma.go.jp/jp/choi/index.html?areaCode=215
九州地方南部および奄美地方

 

鬼界(きかい)カルデラが約7千年前、破局噴火をした際には火砕流が海の上を走り、九州の南部にまで到達した。

紀元前-4350年 VEI7規模


海の中に没しているので見えないが、硫黄島や竹島がカルデラの縁(ふち)である。
完新世(約 1 万年前以降)における地球上で最大の噴火をしてくれちゃった比較的最近の若者だ。

 

 

南九州からトカラ列島のカルデラ群


www.eri.u-tokyo.ac.jp/people/fmaeno/Kagaku_201401_Maeno.pdf

鹿児島 トカラ列島近海で地震相次ぐ 12月8日 21時09分
www3.nhk.or.jp/news/html/20161208/k10010800201000.html
「広域的な火山防災対策に係る検討会」 (第1回)【大規模火山災害とは】
www.bousai.go.jp/kazan/kouikibousai/pdf/20120803siryo2.pdf


姶良カルデラ(あいら)


ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A7%B6%E8%89%AF%E3%82%AB%E3%83%AB%E3%83%87%E3%83%A9

 

カルデラの規模って凄いよね。鹿児島の桜島はいまも活発な活火山だけれども、あれもカルデラ火山の辺縁。

世界で50万都市が活火山の近傍にあるのは世界広しといえども日本だけらしいよ。

日本って地殻変動のフロンティア。非常に興味深いですね。

 

 

参考

現代都市を脅かすカルデラ破局噴火のリスク評価
早川由紀夫(群馬大学教育学部)
www.hayakawayukio.jp/bosai/hakyoku/hakyoku.htm
日本列島では数千年に1回,全地球では数百年に1回の頻度で,文明を滅ぼすようなカルデラ破局噴火が起こる
カルデラ破局噴火のリスク期待値が毎年507人であることがわかる.100年あたり5万人
カルデラの一覧 (日本)
ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AB%E3%83%AB%E3%83%87%E3%83%A9%E3%81%AE%E4%B8%80%E8%A6%A7_(%E6%97%A5%E6%9C%AC)

 

南海トラフ巨大地震の被害想定項目及び手法の概要
~ライフライン被害、交通施設被害、被害額など~ 資料4
中央防災会議 防災対策推進検討会議
南海トラフ巨大地震対策検討ワーキンググループ
www.bousai.go.jp/jishin/nankai/taisaku_wg/pdf/20130318_shiryo4.pdf

 
スミソニアン博物館の地震とか噴火の地図

How Earthquakes and Volcanoes Reveal the Beating Heart of the Planet


CSVでデータダウンロードできる。
VIEデータなし。緯度経度、山の標高、写真、最終噴火年などの情報あり。
有名な噴火のリスト
dyna.geo.kyushu-u.ac.jp/~yoshida/japanese/science-notes/volcanoes/famous-eruptions.html
Mapping the largest Holocene Volcanic Eruptions
scottyhq.github.io/blog/2014/02/08/mapping-volcanic-eruptions/
Interactive Map of Active Volcanoes and recent Earthquakes world-wide
earthquakes.volcanodiscovery.com/