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2014 Fiscal Year Annual Research Report

非平衡緩和現象を利用した火山噴火推移の物質科学的モニタリング手法の開発

Research Project

Project/Area Number 25287141
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

中村 美千彦  東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70260528)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 嶋野 岳人  富士常葉大学, 環境学研究科, 准教授 (70396894)
安井 真也  日本大学, 文理学部, 准教授 (90287566)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords噴火様式 / 火成岩 / 結晶サイズ分布 / ナノライト / マイクロライト / ブルカノ式噴火
Outline of Annual Research Achievements

桜島など、開口火道から継続的にマグマを噴出している活火山では、噴出物の物質科学的モニタリングによって地下のマグマ状態の変化を事前に把握し、活動の推移予測ができる可能性がある。これまでマグマの上昇速度の推定に用いられてきたマイクロライトの減圧結晶作用は、マグマ溜りから地殻浅部までの平均的上昇速度は反映するが、爆発の発生を支配する浅部火道での滞留時間や、ガス過剰圧の蓄積などの過程は反映しない。そこで本研究では (A-1)大部分のマイクロライトが晶出する場よりも、より地表近くの大きな過飽和条件下で核形成・成長するナノライトについて、TEM観察により、輝石および鉄チタン酸化物の化学組成と空間群を明らかにするとともに、さらに細粒(~1 nm)の磁鉄鉱ウルトラナノライトが一部の噴出物に晶出していることを突き止めた。(A-2)火道浅部条件に相当する6MPaの水蒸気圧での結晶化実験により、水蒸気圧・時間・温度による結晶度・結晶数密度を定量化し、さらに結晶形態を分類することができた。 (B)不均質なメルトフォームの表面張力による形状緩和と、それによる連結空隙の消滅速度を実験により決定した。不均質な発泡構造を持つマグマでは、形状緩和による自己圧密ユニットが多数形成され、メルトが雫状の形態をとって、ホストとゲストの関係がガスとメルトとで局所的に入れ替わること、そして雫状メルトの間に、連結度の高い空隙が形成されること、さらに重力による圧密で、このような空隙は速やかに閉鎖することが見出された。安山岩質メルトでは、1000℃で数十分以内にこのような形状緩和が進行することが明らかとなり、低浸透性のマグマが火道上部に「蓋」をして、過剰圧が蓄積されるメカニズムとその時間スケールが明らかとなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本課題の中心的な研究である、具体的な噴火事例に関するナノライトの記載岩石学について、国際的にインパクトの高い雑誌であるGEOLOGY誌に論文を発表することができた。さらに、H27年度に予定していた計画を先取りし、TEM観察により、さらに数密度の高いウルトラナノライトを発見するとともに、輝石・鉄チタン酸化物ナノライトの空間群と固溶体組成も決定することができた。また、ナノライトの結晶化実験を水蒸気圧・時間・温度を変えて数多く実施することができ、結晶度・結晶数密度を定量的に決定するとともに、結晶形態に系統的な変化が見られることを見出した。これらは、ナノライトの結晶化カイネティクスの全体像を掴む上できわめて大きな前進である。

Strategy for Future Research Activity

本研究では、前述した目的を達成するために、以下を実施する。
(A)これまでの研究により、霧島火山新燃岳2011年噴火のブルカノ式爆発で放出された石質岩片の石基中に、チタン磁鉄鉱のナノライト・ウルトラナノライトが晶出していることがわかった。チタン磁鉄鉱は磁性鉱物であるので、磁鉄鉱ナノライトの存在を迅速に判定する手法として、火山灰や軽石・スコリアの初期帯磁率が応用できる可能性がある。そこで、最適な測定手法を確立するとともに、いくつかの火山噴出物について測定例を積み重ねる。(B)火山ガラスを用いたナノライトの晶出実験産物の解析を引き続き行う。これまでに、実験条件に応じて敏感にナノライト形状が変化し、水蒸気圧と実験時間についての概要が掴めたので、今年度は、ミクロンオーダーの研磨と観察を繰り返すシリアルセクショニング法によって、その三次元形態を正確に把握する。また、微小な樹枝状ナノライト結晶の三次元的な形状を明らかにするために、X線マイクロトモグラフィ―による撮影を行う。(C)表面張力による気泡の形状緩和実験に関しては、実験はほぼ終わり、投稿論文もほぼ完成しつつあるので、それを投稿する。また天然の噴出物との比較を行うために、桜島や阿蘇火山などの噴出物のX線CT撮影を行い、火山の火道浅部状態と、揮発性成分による増圧過程を解明する。以上について、得られた結果を取りまとめ、地球惑星科学連合大会・日本火山学会等にて発表を行うとともに投稿論文を作成する。

Causes of Carryover

購入を予定していた一部の消耗品について、他経費で購入することができたため、使用額が予定額を下回った。

Expenditure Plan for Carryover Budget

学会発表のための旅費、実験用備品、X線CTデータ解析や論文執筆のためのPC関係物品費に使用の予定。

  • Research Products

    (18 results)

All 2015 2014

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (10 results) (of which Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Characterization of the luminance and shape of ash particles at Sakurajima volcano, Japan, using CCD camera images2015

    • Author(s)
      Miwa, T., Shimano, T., Nishimura, T.
    • Journal Title

      Bulletin of Volcanology

      Volume: 77 Pages: 5

    • DOI

      10.1007/s00445-014-0886-7

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 御嶽山2014年噴火緊急調査報告2015

    • Author(s)
      嶋野岳人
    • Journal Title

      常葉大学社会環境学部研究紀要

      Volume: 2 Pages: 49-53

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 噴火の終わり方2015

    • Author(s)
      佐藤博明・嶋野岳人・石橋秀巳
    • Journal Title

      火山

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 浅間前掛火山山頂部と黒斑火山崩壊カルデラ壁に記録された 火砕噴火による安山岩質溶結火砕丘の形成2015

    • Author(s)
      安井真也・高橋正樹
    • Journal Title

      火山

      Volume: 60 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A nanolite record of eruption style transition2014

    • Author(s)
      Yoshimura, S. and Nakamura, M.
    • Journal Title

      GEOLOGY

      Volume: 42 Pages: 611-614

    • DOI

      10.1130/G35553.1.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 偏光光学系方式のEDXRFによる火成岩全岩化学組成分析2014

    • Author(s)
      宮崎敏雄・山崎慎一・土屋範芳・奥村聡・山田亮一・中村美千彦・長橋良隆・吉田武義
    • Journal Title

      岩石鉱物科学

      Volume: 43 Pages: 47-53

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 富士火山,太郎坊に露出する新期スコリア層の全岩化学組成-富士黒土層形成期付近を境とするマグマ供給系の変化-2014

    • Author(s)
      金子隆之・安田敦・嶋野岳人・吉本充宏・藤井敏嗣
    • Journal Title

      火山

      Volume: 59 Pages: 41-54

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] A nanolite record of eruption style transition2014

    • Author(s)
      M. Mujin, and M. Nakamura
    • Organizer
      AGU Fall Meeting 2014
    • Place of Presentation
      San Francisco, USA
    • Year and Date
      2014-12-15 – 2014-12-15
  • [Presentation] 日本における火山学基礎研究の課題2014

    • Author(s)
      中村美千彦
    • Organizer
      日本火山学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      福岡大学
    • Year and Date
      2014-11-03 – 2014-11-03
  • [Presentation] 表面張力によるメルトフォームの組織緩和実験:試料サイズ依存性2014

    • Author(s)
      大槻静香・中村美千彦・奥村聡・佐々木理
    • Organizer
      日本火山学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      福岡大学
    • Year and Date
      2014-11-03 – 2014-11-03
  • [Presentation] 爆発的―非爆発的噴火の遷移メカニズム:桜島大正噴火の軽石・本質岩片の比較から2014

    • Author(s)
      清水ひかる・奥村聡・中村美千彦
    • Organizer
      日本火山学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      福岡大学
    • Year and Date
      2014-11-03 – 2014-11-03
  • [Presentation] ブルカノ式噴火における降灰試料の短時間間隔連続採取2014

    • Author(s)
      嶋野岳人・井口正人・横尾亮彦
    • Organizer
      日本火山学会2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      福岡大学
    • Year and Date
      2014-11-03 – 2014-11-03
  • [Presentation] Characteristics of time-series ash samples at Sakurajima and comparison with other volcanoes2014

    • Author(s)
      Taketo Shimano, Masato Iguchi, Daisuke Miki, Takeshi Nishimura
    • Organizer
      Cities on Volcano 8
    • Place of Presentation
      Jogyakarta, Indonesia
    • Year and Date
      2014-09-10 – 2014-09-10
  • [Presentation] 桜島火山昭和火口噴火における火山灰色と粒径の連続観測2014

    • Author(s)
      嶋野岳人・西村太志・井口正人・味喜大介
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2014年大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2014-05-02 – 2014-05-02
  • [Presentation] シリケイトガラス中での水の拡散における速度論的同位体効果2014

    • Author(s)
      黒田みなみ・山本大貴・橘省吾・中村美千彦・奥村聡・朝木美帆・石橋充子・坂本直哉・圦本尚義
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2014年大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2014-05-01 – 2014-05-01
    • Invited
  • [Presentation] 浅間前掛火山の降下火砕堆積物からみた噴火推移の復元精度2014

    • Author(s)
      安井真也
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2014
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2014-05-01 – 2014-05-01
  • [Presentation] Carbon dioxide in granitic magma under lower crustal conditions2014

    • Author(s)
      YOSHIMURA, S., NAKAMURA, M., YURIMOTO, H.
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2014
    • Place of Presentation
      Yokohama,Japan
    • Year and Date
      2014-04-28 – 2014-04-28
  • [Book] 火山の鼓動をきく-火山学のフィールドワーク,災害フィールドワーク論,9,100万人のフィールドワーカーシリーズ,52014

    • Author(s)
      嶋野岳人
    • Total Pages
      150-168
    • Publisher
      古今書院

URL: 

Published: 2016-06-01  

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