| 研究課題/領域番号 |
05680353
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
石崎 武志 北海道大学, 低温科学研究所, 助手 (80212877)
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| 研究分担者 |
溝口 勝 三重大学, 生物資源学部, 助手 (00181917)
古川 義純 北海道大学, 低温科学研究所, 助教授 (20113623)
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| キーワード | 凍上現象 / 不凍水 / 氷晶析出 / アイスレンズ / NMR |
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| 研究概要 |
本年度は、主として、凍上性の強い土試料と多孔質体試料を用いた凍上実験とNMR法を用いた凍土中の不凍水膜厚さの温度依存性に関する実験、解析を行った。1)凍上性の強い土試料(藤の森粘土、苫小牧シルトなど)を色々な温度勾配、凍結速度の下で凍結し、実験終了後、凍土中の氷晶析出状況の光学顕微鏡写真を撮り、凍土中の氷晶析出量を画像解析より求めた。実験結果から、凍土中の氷晶析出量と温度勾配、凍結速度の関係を定量的に求めた。このための設備として、画像読み取り装置と解析用計算機を購入した。2)粒子間の結合力の強い多孔質体(大谷石)を用いて、氷晶析出面の温度と氷晶析出速度との関係を求めた。氷晶析出面の温度の低下と共に氷晶析出速度は単調に減少した。この結果は、温度が低下すると共に不凍水膜の厚さが薄くなること、や不凍水の粘性係数が増加することによって説明されることがわかった。また、この実験結果から、凍結した多孔質体中の透水係数の温度依存性を評価することができた。3)凍上性の強い土試料、多孔質体の不凍水量の温度依存性をNMR法を用いて測定した。実験に用いた苫小牧シルト、藤の森粘土、豊浦砂の順に比表面積が小さくなるが、不凍水量もこの順に減少した。得られた不凍水量を比表面積で割ることにより、平均の不凍水膜厚さの温度依存性を求めた。この実験結果と表面力がファンデルワールス力や電気2重層によるとした場合に計算される不凍水膜厚さとの関係を比較した。不凍水膜厚さの温度による変化傾向は一致したが、計算値は実測値より小さくなった。これは、表面力として水分子配列の構造化による寄与も考慮にいれなくてはいけないことを示唆している。
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