2019 Fiscal Year Research-status Report
中下部地殻・上部マントルで形成された破断面の直接観察
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17K05679
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
増田 俊明 静岡大学, 防災総合センター, 特任教授 (30126164)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | マイクロブーディン構造 / 核形成 / 結晶成長 / 長柱状鉱物 / 破断面 / レーザー顕微鏡 / FIB-SEM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
３種類の方法（①研磨板を利用して連続的に研磨する方法、②FIB-SEMを利用する方法、③溶解を利用して表面を露出させる方法）で、マイクロブーディン構造を呈する鉱物の破断面の直接観察を試みた。
①研磨板で試料を少しずつ研磨し観察するするこの方法は、すべての岩石に適用可能であり、特に高価な装置も必要としない上、時間的にも簡便に行える。従って、破断面の形態の概要を把握するのには最適である。しかし、破断面のミクロンスケールに及ぶ精密な形状把握には適していない。全体像の把握に使うべき方法である。
②FIB-SEMを用いて、石英中で藍閃石のマイクロブーディン構造を呈している１粒子を厳選して解析した。この方法は、基本的には①と同様で、連続的に研磨した研磨面を観察する方法であるが、研磨をガリウムイオンで、ナノメートルレベルで行うことと、表面観察をSEMで行うことが①とは違う。観察の精度は、一度に研磨する厚さと関係があり、非常に微細な破断面形状を明らかにできる方法である。この方法で一連の５４５枚のSEM像を撮り、結果として、破断面は凹凸の少ないのっぺりした面であることが分かった。
③方解石を溶解する方法は、大理石中のマイクロブーディン構造にのみ適用可能である。草津の万代鉱を利用して方解石を溶かして、マイクロブーディン構造を呈する藍閃石を抽出することが出来、その表面形態をレーザー顕微鏡で観察することが出来た。その結果、破断面の両側は、ぴたりと接合できないことがわかった。変成岩中の結晶の核形成や溶解は応力場によって影響されることが予想される。応力場での核形成を、活性化エネルギーの方位依存性で説明するモデルを検討した。その結果、従来の鉱物の選択配向をある程度は説明できることが分かった。
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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
（１）メタチャート中の藍閃石のマイクロブーディン構造を呈している１粒子を選んで、その粒子の周辺をFIB-SEM用いて解析した。得られた断面イメージは５４５枚になった。各断面の間隔は数１０～数１００nmである。藍閃石と、その周囲の石英はFIB-SEMイメージ上で識別可能であり。石英の方が暗っぽく見える。それぞれのイメージ上で、マイクロブーディンの間の部分（インターブーディン）の両側の形態はミクロンスケールで判別が可能である。今後、大量のFIB-SEMイメージの全体を把握するためのソフトウェーアーが準備できれば、破断面の全体的像が微小なレベルで把握できると思われる。
（２）大理石中でのマイクロブーディン構造の破断面は、方解石を溶解することでレーザー顕微鏡により観察が可能である。方解石の溶解には本来は塩酸を用いるべきであるが、塩酸の使用に関しては、使用量の厳重な管理、ドラフトの利用が必須、廃液の慎重な処理、など、作業が簡単には行えない状況にあり、破断面の大量処理及び観察には適していない。塩酸に代わって、草津温泉の万代鉱（源泉の一つで、pHが２以下の強酸性）を用いることを試みた。万代鉱でも方解石を簡便に溶解させることができた。万代鉱は自然のものなので、厳密な管理の必要が無い。万代鉱にはミョウバンなどの成分も含まれており、破断面上に何らかの物質が付着することも分かってきた。ラマン分光分析を行って、それが石膏であることが分かった。石膏の溶解はクエン酸で可能である。万代鉱とクエン酸を併用することで、方解石中のマイクロブーディン破断面の大量観察の道が開けた。
（３）ペリドタイト中の破断面の研究は停滞している。適切な試料が入手できていない。従って、思う様に進捗していない。
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| Strategy for Future Research Activity |
破断面を、高性能顕微鏡を使って観察する方法は、現状では完璧ではないが、問題が明確になったので対処が可能である。FIB-SEMを使用する方法では、多数の画像を立体的に把握する画像ソフトを利用することで解決が可能であると思われる。また、万代鉱を使って方解石を溶解する方法では、クエン酸と併用することで、おそらく破断面を直接観察できると考える。
・破断面の直接観察以外の方法で本研究の推進を図ることが可能である。これについては以下の通りである。
（１）長柱状鉱物の結晶方位の統計分布の記述の仕方の再検討を行う。従来はvon Mises分布を使って記述しているが、分布の非対称性に関しては記述できないので、なにがしかの工夫が必要となる。試みにInverse Batchelet分布の利用可能性について検討する。
（２）長柱状鉱物の結晶の形態（大きさと縦横比）の記述の再検討を行う。従来は対数正規分布で記述している。この方法が妥当かどうかを調べる。特に縦横比の分布を対数正規分布で記述できるかどうか、が鍵となる。
（３）破断面の記述の定量化を試みる。表面の凹凸を数値化し、計算ソフトMathematicaを利用してその凹凸をウェーブレットを用いて解析できる道筋を模索する。処理情報量の限界に関して、検討する必要に迫られる可能性がある。
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| Causes of Carryover |
理由：令和２年３月中旬に計画されていた研究会（変成岩などシンポジウム）が、新型コロナウイルス肺炎問題で急遽中止され、そのための旅費を使うことが出来なくなった。
使用計画：残額は１２万円である。研究会が開催される場合には、主としてその旅費に使用する。研究会が開催されない見通しとなった場合には、この経費は消耗品、主として文房具類（筆記用具、ファイル類、メモリー、プリンター用のインクなど）に使用する。
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Research Products
(1 results)
