2018 Fiscal Year Research-status Report
Quasi-liquid layer on ice surfaces in the global environment: In-situ observation by controlling atmospheric gas and water vapor pressure
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17K05604
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
長嶋 剣 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (60436079)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 氷結晶 / 疑似液体層 / 高分解能光学顕微法 / 雲 / 大気化学 / 塩化水素 / 二酸化炭素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
様々なガス環境における氷表面を高さ分解能に優れたレーザー共焦点微分干渉顕微鏡によって観察し、氷点下にも関わらず氷表面に生じる液体層についての研究を進めている。平成29年度（期間３年の２年目）はHCl、HNO3、CO2ガスの影響について研究を進めた。
(1) HClガスの影響。昨年度を中心に取り組んだ課題のため昨年度の報告書にも内容を記載済みであるが、氷表面の塩酸液滴が氷の成長に伴い氷内部に埋没する現象について追試を行い、国際誌へ論文投稿し受理された。
(2) HNO3ガスの影響。HNO3ガスの有無に関わらず氷表面での液体層の出現温度は-2℃付近と大差なかったが、出現の様子や消失の仕方が異なることがわかってきた。またHClガス存在下で見られる液体層の特徴とも異なり、液体層が激しく動き回ったり埋没したりする様子はHNO3ガス存在下では確認できなかった。また、HNO3ガスの導入方法として、HNO3溶液中を窒素ガスでバブリングさせる手法を新たに考案し、様々なHNO3ガス濃度で実験を行うことが可能となった。これらの点について国際誌への論文投稿を準備している。
(3) CO2ガスの影響。氷表面での液体層の出現温度は他の酸性ガスや窒素ガスとも変わらなかったが、CO2ガスの影響による液体層の出現が見られ-20℃といった低温でも消失せずに存在しつづけることがわかった。この液体層は地球環境と同様の400ppm CO2ガス濃度でも出現することから天然環境においてもCO2ガス誘起による液体層が存在している可能性が高い。今後はこの液体層が天然氷の成長や蒸発に及ぼす影響を調べる。
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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
研究計画で予定していた全ての微量成分ガス（HCl、HNO3、CO2）について一通り実験を行い、それぞれに異なる結果を得ているため研究は順調に進展している。特に同じ強酸であるため類似の結果を予測していたHClガスとHNO3ガスとで大きな違いが見られたことはオゾンホール生成メカニズムに関わってくる大きな成果である。また、弱酸であるため大きな影響は与えないであろうと予想していたCO2ガスにおいて明確な影響が見られたことも興味深い。過去の氷研究でCO2ガスの有無、すなわち空気と不活性ガスとの違いはほぼ検討されてこなかったが地球温暖化にも関わる重要な点であるため、最終年度はCO2ガスの影響について注力する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 低温対応チャンバーへの改良。１年目に観察チャンバーの最低到達温度を-15度から-30度へとする改良を行ったが、さらに低温に対応させるためこれまでのペルチェ素子冷却方法から液体窒素冷却方法を検討・実装する。
(2) CO2ガスが誘起する液体層の存在が氷の成長や蒸発を促進するのか？それとも抑制するのか？といった点を中心に実験を行う。これまでCO2ガスが氷に与える影響はほぼ考慮されておらず、仮にCO2ガスによって成長抑制や蒸発促進が起こるなら地球温暖化によって氷の消失速度はより一層早まる可能性があるため大変重要である。
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| Causes of Carryover |
採択額の削減により、申請書で計画していた真空・低温対応のチャンバーを低温のみの対応としたこと、低温の実現も安価な方法で行ったため次年度使用額が生じた。次年度使用額は液体窒素を用いた全く新しい冷却方法を実装するために充てる。
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