2020 Fiscal Year Research-status Report
地震動はマグマからの脱ガスと減圧発泡を促進するか？：実験による検証
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18K03800
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| Research Institution | Kanazawa University |
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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) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 地震 / 地盤 / 粉粒体 / トランポリン効果 / マグマ / 気泡 / 空振 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は本課題について（１）鉛直振動下における粉粒体底面の圧力、（２）マグマからの脱ガスに伴う空振励起、の２つの研究を行った。
（１）地震動の下で乾いた粉粒体底面の圧力を測定する実験、解析、モデリングを行った。これは強震計を用いた観測から判明した地盤を構成する粉粒体が飛び上がる現象（トランポリン効果）のモデルである。実験は円筒型のセルを用い、その底面中央の圧力を測定し、高速カメラで粉粒体の挙動を記録した。粉粒体は荷重の一部を壁面で支えることが知られている（ヤンセン効果）。先行研究では鉛直振動下でヤンセン効果が働くことが報告されていたが、振動の周波数が地震波の帯域よりも高い範囲が主であったため、粉粒体が飛び上がるトランポリン効果のモデリングはなされていなかった。そこで本実験では主として20 Hzの鉛直振動下で加速度依存性を調べた（パラメータは無次元加速度Γ（加速度/重力加速度）である）。その結果、先行研究と異なり、Γ＞１では粉粒体が飛び上がり、落下する現象が観察され、衝突の衝撃に伴う圧力パルスが測定された。粉粒体が衝突するタイミングは粉粒体の初速度と振動台の変位によって変わり、圧力パルスの最大値はΓと供に増減する。そこでΓ＞１における粉粒体の運動学的挙動の数値モデリングを行い、圧力のΓ依存性を定量的に説明するために必要な条件を求めた。またΓ＜１の粉粒体が動いていないように観察される場合でも、底面における圧力に変化が見られ、圧力データの統計量を使ってレジーム分けができることを示した。
（２）結晶を含むマグマにおける気泡の破裂様式と空振励起に関する実験的研究の論文を投稿し、改訂作業を行った。特に空振励起様式の違いを無次元数（デボラ数）を用いて説明すること、マイクロフォンの空気流に対する応答のキャリブレーションに力を入れた。
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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）地震動下における乾いた粉粒体底面の圧力を測定する実験、解析、モデリングを指導学生と伴に行った。実験を行うにあたり、新たに円筒型装置を振動台上に設置するためのアタッチメントを製作し、圧力センサーのキャリブレーションを行い、粉粒体の運動学的モデリングを行うための計算プログラムを作成した。また粉粒体の挙動を同時に２方向から撮影するために新しい高速カメラを購入し、圧力センサーの測定と同期して、画像解析を行った。研究実績に記した内容に加え、水平振動の場合、粒径を変えた場合についても予察的な実験を行った。次年度に行う液体を含む場合における圧力センサーと間隙水圧センサーを併用した実験、粉粒体における脱ガス過程の実験の準備を行った。
（２）結晶を含むマグマにおける気泡の破裂様式と空振励起に関する実験的研究の論文の改訂、補足実験と解析を行い、論文を投稿した。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）昨年度行った地震動下における乾いた粉粒体底面の圧力測定の実験と解析を発展させて、液体を含む実験を指導学生と伴に行う。地震がおきると間隙水圧が上昇する場合と下降する場合がある。本研究では振動方向（鉛直、水平）、振動の加速度、周波数、粉粒体の粒径、層厚を変えてその条件を制約することを目的とする。そのために圧力に加え、間隙水圧を測定できるように、装置を改良する。間隙水圧センサーの製作はメーカーに依頼して行う。
（２）火山における脱ガス過程を粉粒体を用いてモデリングする実験を指導学生と伴に行う。従来の同様の研究は脱ガスに伴って形成されるクレーターの形状が主要な興味の対象であった。本研究ではクレーター形状ばかりでなく、脱ガス過程をセンサー（地震計、空振計に相当）でモニタリングする。そのためにガスの過剰圧、噴出時間を変えて実験を行う。
（３）結晶を含むマグマにおける空振励起の論文の出版に向けた作業を進める。
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| Causes of Carryover |
粉粒体の振動実験を行うために必要な主要な機器は保有しており、今年度は主として新しい高速カメラの購入、工作費に使った。感染症の流行のため、実験を開始する時期が６月になり、行える実験の数が限られた。空振励起の研究は論文執筆作業が主であったため、論文校閲に使った。以上より次年度使用額が生じた。次年度は以下の用途のために研究費を用いる。
推進方策（１）のために新たな間隙水圧センサー、直流電源の購入、工作経費に使う。推進方策（２）のためにコンプレッサー、電磁バルブ、配管類、加速度センサー、圧力センサー、マイクロフォン、センサー用直流電源、解析用PCの購入、工作経費に使う。推進方策（３）のために、オープンアクセス論文の出版経費に使う。
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