2015 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
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25287141
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中村 美千彦 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70260528)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
嶋野 岳人 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)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 噴火様式 / 火山爆発 / 石基鉱物 / マイクロライト / ナノライト / 脱ガス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(A)前年度までの研究で、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、通常は緻密な岩石に対して用いる帯磁率計を用いて、火山灰状の粉末試料の帯磁率を迅速に測定する手法を検討し、確立した。さらに、阿蘇・桜島・富士・浅間火山などの軽石・スコリア・火山灰の帯磁率について測定例を増やした。その結果、火砕物の帯磁率は、全般的傾向としては、安山岩で高く、さらに一回の爆発の噴出物であっても、噴出順に応じて変化する場合があることがわかった。その結果、火砕物の帯磁率は、地質調査において、火山層序の判別に応用できるのみならず、噴火時のマグマ組成やマグマの上昇過程の変化を敏感に捉える道具になる可能性があることがわかった。以上の内容について、学会発表を行った。（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った。前年度までに、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した。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―による撮影を行った。その結果、斜長石の形状の特徴を、過冷却度と成長時間によってまとめることができ、また桜島火山の火山灰と比較し、マグマの上昇速度の判別に使える可能性があることを示した。以上の内容について、学会発表を行った。(C)表面張力による気泡の形状緩和実験に関しては、論文が出版された。
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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) 安山岩質マグマの石基におけるナノライトの発見に続いて、さらに細粒のウルトラナノライトを発見した。
(2) 当初に計画していた電解放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）に加えて、透過型電子顕微鏡（TEM）による鉱物（空間群）の同定が進み、記載的なナノライトの全容解明が見えて来た。
(3) 一方、結晶化実験によってナノライトの再現に成功し、その形状が、数MPaの水蒸気圧差をきわめて敏感に反映することがわかった。その結果、ナノライトを用いて、マグマの上昇速度や滞留深度を見積もることができる可能性が示された。
(4) 過飽和度をナノライト・ウルトラナノライトの磁鉄鉱が、迅速な測定手法である帯磁率に実際に影響を与えることが確認され、火山噴出物の迅速な特徴づけの道が拓けつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
透過型電子顕微鏡（TEM）による、輝石の種類（空間群）の同定をさらに進め、輝石ナノライトの晶出温度や晶出プロセスを、より詳しく制約する。また、マイクロライト、ナノライト、ウルトラナノライトといった、結晶サイズ分布の変化や、結晶サイズのギャップが生じる現象に関する熱力学的な考察を行う。以上の内容について、投稿論文の執筆を行い、研究を総括する。
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| Causes of Carryover |
電界放出型走査電子顕微鏡による石基組織の解析を行う火山岩試料を適切に選定できたため、直接経費を節約でき、さらに追加で透過型電子顕微鏡観察を行うことにより、輝石の種類（空間群）の同定をさらに進め、輝石ナノライトの晶出温度や晶出プロセスを、より詳しく制約する必要が生じた。また、マイクロライト、ナノライト、ウルトラナノライトといった、結晶サイズ分布の変化や、結晶サイズのギャップが生じる現象に関する熱力学的な考察を行った上で、研究を総括することが望ましいため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本研究の成果を発表するための学会旅費・参加登録料（日本地球惑星科学連合大会：千葉、日本火山学会：山梨など）、粉末試料の精密測定用帯磁率計、論文別刷り費用などに使用する。
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