2014 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
25400513
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
横山 正 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60403101)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 風化 / 溶解 / 水膜 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
平成25年度までの研究で，不飽和状態の岩石-水反応における水膜の役割を調べるための透水-溶解実験の手順や解析手法がほぼ完成に至った．これを基に，平成26年度は，前年度に用いた流紋岩以外の岩石として，岩石の透水性の研究でよく用いられる米国Berea産の砂岩を用いて，透水-溶解実験を行った．この砂岩は，石英が主体であり，その他，長石，Ca・Mgの炭酸塩鉱物，粘土鉱物等が含まれている．実験では，まず不飽和状態として，乾燥させた岩石コア試料に一定水圧で水を流し，間隙が水で満たされる割合（水飽和率）と岩石を通過した溶液中に含まれる溶存元素の量（溶解量）が時間と共にどう変化するかを調べる．さらに，間隙を水で飽和させた状態でも溶解量を測定し，不飽和状態と比較することで，不飽和状態下で水膜を介した反応がどのように起こっているかを調べる．不飽和状態の実験では，水頭差（試料にかかる水圧）が小さい場合と大きい場合の２通りで実験を行った．乾燥試料に水を流すと，水頭差の大小にかかわらず，実験開始後1時間程度で水飽和率が約62%まで増加した．その後は，水頭差が小さい場合は水飽和率の変化が小さく，1週間経過後も水飽和率は73%であった．一方，水頭差が大きい場合は水飽和率の変化が大きく，4日後には94%に至った．このように，水頭差により水飽和率の上がり方が変化する，すなわち水膜の広がり方も変化することが分かった．また，飽和状態と不飽和状態との溶解速度の違いは，Siについては2倍程度であるのに対し，Caについては5倍程度であった．このことから，Caを含む鉱物とSiを含む鉱物とで，水膜を介した反応の起こりやすさに違いがあることが推察された．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成25年度までに，透水-溶解実験の手法をほぼ完成させた．平成26年度は，造岩鉱物の種類や岩石の間隙構造の違いが水膜のでき方や水膜を介した反応にどのような影響を及ぼすかの評価を目的として，前年度に用いた流紋岩以外の岩石として砂岩を用いて実験を行った．流紋岩の場合は噴火時にマグマ中で発生した気泡が間隙であるが，砂岩の場合は鉱物粒子同士のすき間が間隙であり，間隙構造が大きく異なる．また，流紋岩はガラスが大半を占めるが，砂岩は石英が主体で，さらに炭酸塩鉱物や粘土鉱物を含む．したがって，造岩鉱物の種類にも大きな違いがある．実験結果から，通水開始時に水飽和率が急速に上がる現象は，両方の岩石で起こることが分かった．また，Caを含む炭酸塩鉱物の方が，Siを含む石英や粘土鉱物よりも水膜を介した反応が起こりにくいことが推察された．さらに，不飽和状態下で水を流した場合に間隙が水で満たされる割合（したがって，水膜の広がり方）は，岩石にかける水圧によって変化することも分かった．これらの様々な知見が得られたことから，研究は順調に進展したといえる．
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度までの研究で，造岩鉱物の種類や岩石の間隙構造の違いが水飽和率の変化や水膜を介した反応にどのような影響を及ぼすかが分かってきた．これまでは，1～2週間以内の水飽和率の変化傾向を見てきたが，天然の岩石-水反応を考える上では，より長期間における水飽和率の変化傾向の情報が欲しい．したがって，今年度はより長期間の水飽和率の変化を調べる実験を行う．また，これまでに蓄積されたデータを基に，不飽和状態下における水膜の役割を考慮した反応・輸送モデルの作成を行う．まず，流紋岩や砂岩について，岩石内部の溶解速度や溶存元素濃度を反応・輸送式を用いて解析する理論計算モデルを作成し，実験結果と計算結果の比較を行ってモデルの妥当性を確認する．さらに，間隙径，粒径，鉱物組成，水膜の厚さ等の各因子が反応・輸送挙動に及ぼす影響を，できるだけ多くの因子について定式化する．その結果を組み込んで，様々な岩石の不飽和溶解挙動を予測するためのモデルの構築を目指す．
|
