| Project/Area Number |
21K14014
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
大橋 正俊 九州大学, 理学研究院, 助教 (60899491)
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| Project Period (FY) |
2024-01-17 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | マグマ / 気泡 / 合体 / 数値計算 / スモルコフスキー方程式 / 噴火 |
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| Outline of Research at the Start |
よく振ったコーラに例えられるように、火山噴火の駆動力は、マグマに溶け込んでいる揮発性成分の発泡である。火山噴出物に残された気泡組織の逆問題を解くことを目的として、本研究は気泡の合体過程を物理・地質の双方から研究する。まず、気泡合体のアナログ実験・合体モデルの開発を通して、気泡合体を物理的に理解する。その後、開発した合体モデルを天然の火山噴出物に適用し、マグマの上昇過程を復元する。定量的に復元した上昇過程は、マグマがどのように噴火しているのか、その理解につながるだろう。
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| Outline of Annual Research Achievements |
火山噴出物に残された気泡組織の逆問題を解くことを目的として、本研究は気泡の合体過程を物理・地質の双方から研究するものである。今年度は、数値計算手法の開発をメインにすすめた。気泡の核形成・成長・合体を記述する方程式として、スモルコフスキー方程式（population balance equation）が知られている。この方程式をマグマに応用した研究事例はいくつかあったが、核形成・成長・合体の３つ全てを解いた数値計算手法は開発されていなかった。そこで、Matlab上で、上述の現象を再現するような数値計算手法を開発した。気泡合体については、Ohashi et al. (2022)のアナログ実験を元に、新たなCoalescence kernelを開発し、数値計算に組み込んだ。新たな数値計算手法は、１つの発泡の計算に数十秒しか要せず、先行研究と比べ、計算時間の大幅な短縮に成功した。また、この数値計算から得られた気泡サイズ分布は、高温マグマの減圧発泡実験の結果とも整合的であった。さらに、天然の噴火では、加速度的な減圧過程が、幅広い気泡サイズ分布を決める重要な要因であることも示すことが出来た。
以上の結果より、軽石やスコリアなどの気泡サイズ分布を逆解析することで、マグマの減圧過程が復元できるかもしれないことを示しており、重要な発見と言えるであろう。また、本研究成果を国際誌に投稿するため、現在、論文を執筆中である。
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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
2022年度に実施したアナログ実験を元に、天然の気泡サイズ分布を再現するような数値計算手法を開発することが出来た。当初の予定通りに、モデルを開発することが出来て、研究は順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、昨年度に開発した数値計算手法を論文にまとめる。また、開発したスモルコフスキー方程式を軽石やスコリアなどの噴出物に適用し、マグマがどのような減圧過程を経ていたのか、その時間変化を復元する予定である。
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