| Project/Area Number |
20J20188
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
西脇 瑞紀 九州大学, 理学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | マグマ / 水 / 飽和溶解度 / ケイ酸塩メルト / 減圧発泡 / 部分モル体積 / 溶解熱 / 化学熱力学 / 減圧発泡実験 / 黒曜石ガラス / 650℃ |
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| Outline of Research at the Start |
ビールの栓を抜くと内部の圧力が急激に解放され、それまで液中に溶けていた炭酸ガスが発泡する。火山の噴火も同様の現象と見ることができるが、ビールと違って、マグマは幅広い粘性 (ねばりけ) を持つ。マグマの粘性が非常に高くなると、周囲の液を押しのけて気泡を作ることが困難になるように思われる。このことは過去の理論研究でも予測されているが、その真偽は定かではない。
そこで、水を含む高温・高圧のガラスを様々な減圧量・減圧速度・温度で人工的に発泡させ、理論予測を検証する。我々の生活にとって脅威となる大規模な噴火は特に粘性の高いマグマを噴出する火山に多く、本研究はそのような火山の噴火予測に役立つかもしれない。
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| Outline of Annual Research Achievements |
採用最終年度である2022年度は、次のように多くの成果を挙げることができた。(1) 含水流紋岩質メルトの減圧発泡における系の温度変化の数値計算において、これまで水の離溶熱 (溶解熱の逆符号) の圧力依存性のみを考慮し、温度依存性を無視していたが、両方を考慮するようにコードを改良した。これにより、離溶熱のもつ顕著な温度依存性が系の温度変化にもたらす影響を評価できるようになった。数値計算の技術面では元・東大地惑所属の福谷貴一氏の多大なる支援を受けた。(2) ただし、溶解熱の温度依存性の示す複雑な振る舞いは、あくまでケイ酸塩 (の架橋酸素 O) と水 (H2Om, OH) の理想混合を仮定していることに依拠している可能性があることに気づいた。というのも、現実にはケイ酸塩と水は低圧で不混和領域をもち、ケイ酸塩メルトに水が溶解する際には混合熱 (溶解熱) および体積変化が発生することが実験から確認されているからである。Stolper (1982) 以降、理想混合近似は良い近似として知られていたが、今一度見直す必要がある。(3) この問題意識は前年度に再発見した「ケイ酸塩メルト中の水の部分モル体積のパラドックス」と非常に密接に結びついていることにも気づいた。すなわち、これまで見過ごされてきた混合の非理想性をきちんと評価することで、ケイ酸塩と水の混合という地球科学において極めて根本的なトピックに登場する諸々の化学熱力学パラメータの「実験による測定値」と「理論的な見積り値」の整合性を担保できるようになるのではないかという考えに至った。その先の具体的な計算はいまだ不十分ではあるが、以上の思考プロセスを博士論文としてまとめた。その途中過程では九大地惑の池田剛准教授・吉田茂生准教授と複数回にわたる議論を行い、非常に有益な助言を得た。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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