2020 Fiscal Year Research-status Report
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19K04020
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
福間 浩司 同志社大学, 理工学部, 准教授 (80315291)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 久敏 一般財団法人電力中央研究所, 地球工学研究所, 上席研究員 (50371406)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 古地磁気強度 / テリエ法 / 地磁気永年変化 / フルネーズ火山 / 南大西洋地磁気異常 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
150年前から始まった機器測定による地球磁場強度と，火山岩を用いた古地球磁場強度を直接接続し，400年前まで遡って高精度で地球磁場を復元しようというのがこの研究の目的である．そのために試料採取と実験室での測定の両面から，古地球磁場強度の精度を機器測定に匹敵するレベルまで引き上げる試みを行ってきた．溶岩のクリンカを採取すれば，古地球磁場強度測定に適した細粒の磁性鉱物を含む試料を得られることをこれまで最近噴出した火山岩を用いて確認している．クリンカ試料を用いて私たちが実測に使い始めた加熱・冷却部と測定部が一体となった自動スピナー磁力計を使用すれば，24時間効率的に測定を進め，試料の方位の誤差を最小化し，温度ステップも極めて柔軟に設定できる．試料採取と装置の両面の進歩により，既存のデータに比べてはるかに高い精度の古地球磁場強度を得ることで，太陽活動やその気候変動への影響を明らかにすることができる．
２年目である今年度は，初年度に南インド洋のレユニオン島で採取した溶岩試料を用いてテリエ法による地球磁場強度を求める測定を行った．溶岩の上部もしくは下部クリンカから採取した定方位のブロック試料の熱磁気分析および磁気ヒステリシス測定から，上部および下部クリンカはいずれも単磁区粒子にちかい磁気ヒステリシス特性を示し，地球磁場強度を求めるのに適した試料であることがわかった．パイロット試料について熱消磁の結果からアンブロッキング温度の分布を求めることにより，温度ステップを試料毎に適切に定めて古地磁気強度測定を行った．厳格な判定基準を用いて解析をおこなった結果，66％のサンプルから古地磁気強度を得て，12地点中10地点で平均古地磁気強度を求めることができた．最近の過去400年間の溶岩流は、球面調和モデルで仮定された線形の減衰と一致する古地磁気強度値を与えた．
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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
初年度にレユニオン島のフルネーズ火山で過去４００年間に噴出した火山岩を採取した．文書記録や炭素-14法によって噴出年代が明らかになっている１２地点において，溶岩の上部もしくは下部クリンカから定方位のブロック試料を採取した．実験室において，いくつかの代表的な試料についての熱磁気分析により，上部クリンカはチタンに富むチタン磁鉄鉱を含み，下部クリンカはほとんど純粋な磁鉄鉱を含むことが明らかになった．上部および下部クリンカはいずれも単磁区粒子に近い磁気ヒステリシス特性を示し，地球磁場強度を求めるのに適した試料であることがわかった．
２年目である今年度は，火山岩から信頼できる地球磁場強度を得るために，すべての試料について磁性鉱物の種類と粒径を調べた上で，地球磁場強度実験に適した試料を選びだした．磁性鉱物の種類を同定するには，従来から用いている熱磁気分析に加えて，磁化率の磁場強度依存性測定が有効であることがわかった．また，磁性鉱物の粒径は磁気ヒステリシスの測定に加えて，熱消磁実験を行うことでより信頼できるアンブロッキング温度の分布を得ることができた．その結果，これまで信頼できる古地球磁場強度を得ることができることが知られていた溶岩の下部クリンカに加えて，上部クリンカでもチタン含有量の高いチタン磁鉄鉱が極めて安定な残留磁化を担っており，古地球磁場強度実験に有用な試料であることがわかった．私たちが開発した熱消磁炉付自動スピナー磁力計を用いて，下部および上部クリンカの試料を24時間自動で測定を進めて，信頼できる古地磁気強度測定法であるテリエ法により66％の試料から信頼できる古地球磁場強度を得て，12地点中10地点で平均古地磁気強度を求めることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
レユニオン島での過去400年間の地球磁場強度の変化が得られれば，球面調和モデルにより地磁気双極子強度の変化を得ることができる．レユニオン島周辺は400年前から密に羅針盤データが記録されている海域であり，非常に精度の高い地球磁場の方向が得られているので，信頼できる地磁気双極子強度の変化を得ることができる．私が最近過去400年間の古地球磁場強度を得た伊豆大島と三宅島からも，羅針盤データが得られた航跡から離れているためやや精度は落ちるものの，地磁気双極子強度の変化が得られている．レユニオン島と日本から独立に得られた地磁気双極子強度は原理的には一致するはずであり，その統計的な扱いも含めて過去400年間の地磁気双極子強度の変化を得る．
さらにレユニオン島では1000年前まで遡る古地磁気強度が得られている．レユニオン島は地球上で最大の地磁気異常である南大西洋異常に隣接しており，古地磁気強度データが不足している南半球で１点での均質な試料から得られる貴重なデータを与える．南大西洋異常は現在進行中である地磁気双極子モーメントの減少と直接結びついていると考えられ，南大西洋異常がいつどのように発達してきたかは将来の地磁気変化の予測を大きく左右することになる．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により野外に試料採取に行けなかったため，旅費を使用することがなかった．また，試料の整形に人件費・謝金やその他の経費を使うこともなかった．コロナ禍が明ければ，野外に試料採取に赴き，試料の整形を行う．また，成果の発表のための論文投稿料に使う予定である．
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