Origin of inner core hemispherical dichotomy : laboratory modeling using transmitted and reflected waves
Project/Area Number |
21K03717
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
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Research Institution | Kanazawa University |
Principal Investigator |
隅田 育郎 金沢大学, 地球社会基盤学系, 准教授 (90334747)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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Keywords | P波速度 / 減衰 / 反射係数 / コーダ波 / 散乱 / 内核 / 地震波速度 / 粉粒体 / 超音波 / P波 / 室内実験 |
Outline of Research at the Start |
内核は地球の中心で液体の鉄合金が結晶成長して出来た、表層に部分溶融を残す固体の球である。その表層部分の構造は東西で異なる事が地震観測から判明している。地震観測の結果は内核表層を構成する結晶粒径(d)と充填率(φ)が西半球で小さく、東半球で大きいと仮定すれば定性的に説明出来る。しかし地震波形からdとφを定量化する方法は未だ確立されていない。本研究は結晶を模した粉粒体中を透過、粉粒体表面で反射する超音波を測定し、波形のd、φ依存性を明らかにする。さらに波長λも変え、d/λ~0.01-100の広い範囲で測定する。得られた結果を用いて内核の東西2分性をd、φを使って定量的に説明する。
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Outline of Annual Research Achievements |
地震学的観測に基づき、内核を構成する鉄の結晶サイズが東西半球で異なるという仮説が提案されている。本研究はこの仮説を検証する基礎として、水で飽和した粉粒体(粒径d)層の表面で反射、またその中を透過する超音波(波数k)を実測し、kdの関数で反射係数、コーダ波、P波速度Vp、減衰(1/Q)を調べることを目的としている。昨年度完成した円筒型容器に1MHzと10MHzの超音波素子を設置し、粉粒体の粒径を2桁以上変えて、反射波、透過波の測定を行った。そしてkdが増加すると、入射する波形と類似したeffective-medium type、レイリー散乱の特徴である正分散が見られるdispersion - type、コーダ波を伴うcoda - type、の3通りに分類した。そして反射波と透過波の波形の組み合わせから、dを4つの範囲に制約できることを示した。反射係数については先行研究と同様にdと伴に減少することを確認した。さらに反射波に伴うコーダ波のエンベロープを解析したところ、dの増加と伴に、コーダのエネルギーが増大することに加えて、ピークが遅延することが分かった。そこで地震学で使われてきたエンベロープのモデルにフィットしたところ、エンベロープの減衰を表わすコーダQよりも、波の広がりを指すパラメータnの方が粒径に強く依存することが分かった。これは内核の反射コーダのn値から粒径が制約できることを示唆している。次に粉粒体層の厚さを反射波で測定した上で、透過波を計測した。その結果、粒径が大きくなるに従い、Vp、減衰が増大すること、また有効媒質理論、波線理論から推定されるVpと整合的であることを示した。これは内核の東半球の方が粒径が大きいという仮説を実験的に裏付ける結果である。以上の結果は、指導学生の修士論文としてまとめられ、投稿論文の準備を開始した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は中心周波数が1MHz及び10MHzの反射波と透過波を併用し、粉粒体層の粒径を2桁以上変えた場合についての実験が終了し、得られたデータの初期解析を行った。その結果、粒径が大きくなるとP波速度、減衰が供に増大することに加えて、反射係数が減少し、コーダ波のピークが遅延することが判明した。これは地震学的観測から分かっている内核の東西半球の2分性に加えて、内核でまだ未確立の地震学的構造を予測する上で資するデータである。以上の結果は、指導学生の修士論文としてまとめられ、投稿論文を作成する上での見通しが立った。
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Strategy for Future Research Activity |
今年度は以下の2つの研究を行う。1つ目は、昨年度得られたデータを解析し、投稿論文を作成し、年度内に投稿することである。これは指導していた学生の修士論文の内容が元となっており、再解析を行い、内核への応用を補強して投稿論文としてまとめる。2つ目は、並行して行っている粉粒体を用いた土石流、爆発に伴う空振励起のモデル実験の遂行とデータ解析である。これは内核とは直接は関係がないが、粉粒体の物性測定、音速の測定、周波数解析などの技術面で共通しており、指導している学生2名の卒論、修論として行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)