浅部マグマ過程のその場観察実験に基づく準リアルタイム火山学の構築

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06348
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 中村 美千彦 東北大学, 理学研究科, 教授 (70260528)
• 研究分担者: 三宅 亮 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10324609) ; 小園 誠史 国立研究開発法人防災科学技術研究所, 火山防災研究部門, 主任研究員 (40506747) ; 奥村 聡 東北大学, 理学研究科, 准教授 (40532213) ; 下司 信夫 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 研究グループ長 (70356955) ; 上杉 健太朗 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 分光・イメージング推進室, 主席研究員 (80344399) ; 無盡 真弓 東北大学, 理学研究科, 助教 (60822004)
• 研究期間 (年度): 2016-05-31 – 2021-03-31
• キーワード: ナノライト / 結晶サイズ分布 / 新燃岳 / マグマ粘性 / ブルカノ式噴火 / サブプリニー式噴火 / 石基 / 宝永噴火

研究実績の概要

FE-SEM加熱ステージその場観察による、PtやFe粒子の非古典的な結晶成長過程についての論文を公表した。またSPring-8のナノスケールＸ線ＣＴを活用し、輝石ナノライトの３次元形状を取得してナノスケール領域での真の結晶サイズ分布（ＣＳＤ）を求めた。それをTEMおよびFE-SEMを用いた２次元観察と比較し、ＣＳＤの傾きが３次元での真の傾きを表すようにする方法を提案した。またドイツ・アイフェル火山噴出物の石基に、磁鉄鉱の定向配列（Oriented Attachment）を発見し論文原稿を作成した。
富士火山宝永噴火の最終平衡結晶化条件から決定した破砕深度の下限と、マグマの噴出率を満たす非道流条件を探したところ、ごく浅部まで二次元の岩脈状にマグマが上昇したのち、管状火道へと遷移するモデルでのみ、条件を満たせることがわかった。これは富士火山のマグマ供給系モデルとも調和的である。
新燃岳2011年噴火の噴出物について、サブプリニー式軽石・ブルカノ式軽石・同溶岩片と石基の結晶化が進行するに伴った粘性上昇を計算し、ナノライトの結晶作用によってメルトが応力破砕する条件を満たすことが示され、論文として発表した。またガラスチューブ法を用いた含水安山岩質マグマの加熱急冷実験によって、ナノライト・ウルトラナノライトの晶出条件（温度・圧力・酸素分圧依存性）が明らかとなったので、これまでの記載的研究と比較しつつ投稿論文の作成を行った。
X線CT像から多孔質物質の浸透率を効率的に計算する数値コードが完成し、空隙率を連続的に変化させたアナログ実験産物の空隙率―浸透率の関係式を調べて従来モデルと比較し、論文として発表した。
新燃岳2017～18年噴火において、帯磁率連続測定を行った火山灰試料について、電子顕微鏡を用いた記載的研究を行った。その結果、帯磁率と最も関係が深いのは斑晶磁鉄鉱量である可能性を見出した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Bayreuth/GEOMAR(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: University of Bayreuth/GEOMAR
• [国際共同研究] Oregon State University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Oregon State University
• [雑誌論文] Crystal habit (tracht) of groundmass pyroxene crystals recorded magma ascent paths during the 2011 Shinmoedake eruption (2023)
  • 著者名/発表者名: S. H. Okumura, M. Mujin, A. Tsuchiyama, A. Miyake
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: accepted ページ: in press
  • DOI: 10.2138/am-2022-8765
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional imaging of high-velocity-impact induced crack growth in carbonaceous meteorites (2023)
  • 著者名/発表者名: Michikami Tatsuhiro、Tsuchiyama Akira、Hagermann Axel、Takeda Akio、Shishido Katsuki、Otsuka Yushi、Sasaki Osamu、Nakamura Michihiko、Okumura Satoshi、Kano Harumasa、Hasegawa Sunao
  • 雑誌名: Icarus 巻: 392 ページ: 115371～115371
  • DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115371
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3D crystal size distributions of pyroxene nanolites from nano X-ray computed tomography: Improved correction of crystal size distributions from CSDCorrections for magma ascent dynamics in conduits (2022)
  • 著者名/発表者名: Okumura Shota H.、Mujin Mayumi、Tsuchiyama Akira、Miyake Akira
  • 雑誌名: American Mineralogist 巻: 107 ページ: 1766～1778
  • DOI: 10.2138/am-2022-8039
  • 査読あり
• [雑誌論文] ナノスケール火山岩岩石学の創出とその噴火ダイナミクスへの応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 無盡 真弓
  • 雑誌名: 火山 巻: 67 ページ: 389～399
  • DOI: 10.18940/kazan.67.3_389
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical compaction and fluid segregation in piston cylinder experiments (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujita Wakana、Nakamura Michihiko、Uesugi Kentaro
  • 雑誌名: Chemical Geology 巻: 614 ページ: 121182～121182
  • DOI: 10.1016/j.chemgeo.2022.121182
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ Raman spectroscopic analysis of dissolved silica structures in Na2CO3 and NaOH solutions at high pressure and temperature (2022)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Naoko、Tsujimori Tatsuki、Kamada Seiji、Nakamura Michihiko
  • 雑誌名: Contributions to Mineralogy and Petrology 巻: 177 ページ: Article No. 36
  • DOI: 10.1007/s00410-022-01892-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] A New Method for Determining Fluid Flux at High Pressures Applied to the Dehydration of Serpentinites (2022)
  • 著者名/発表者名: Eberhard L.、Thielmann M.、Eichheimer P.、Neri A.、Suzuki A.、Ohl M.、Fujita W.、Uesugi K.、Nakamura M.、Golabek G. J.、Frost D. J.
  • 雑誌名: Geochemistry, Geophysics, Geosystems 巻: 23 ページ: e2021GC010062
  • DOI: 10.1029/2021GC010062
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In-situ FE-SEM observation of the growth behaviors of Fe particles at magmatic temperatures (2021)
  • 著者名/発表者名: Mujin Mayumi、Nakamura Michihiko、Matsumoto Megumi
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 560-561 ページ: 126043～126043
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2021.126043
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical Conductivity in Texturally Equilibrated Fluid‐Bearing Forsterite Aggregates at 800°C and 1GPa: Implications for the High Electrical Conductivity Anomalies in Mantle Wedges (2021)
  • 著者名/発表者名: Huang Yongsheng、Guo Haihao、Nakatani Takayuki、Uesugi Kentaro、Nakamura Michihiko、Keppler Hans
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 126 ページ: e2020JB021343
  • DOI: 10.1029/2020JB021343
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Simultaneous Analysis of Seismic Velocity and Electrical Conductivity in the Crust and the Uppermost Mantle: A Forward Model and Inversion Test Based on Grid Search (2021)
  • 著者名/発表者名: Iwamori Hikaru、Ueki Kenta、Hoshide Takashi、Sakuma Hiroshi、Ichiki Masahiro、Watanabe Tohru、Nakamura Michihiko、Nakamura Hitomi、Nishizawa Tatsuji、Nakao Atsushi、Ogawa Yasuo、Kuwatani Tatsu、Nagata Kenji、Okada Tomomi、Takahashi Eiichi
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 126 ページ: e2021JB022307
  • DOI: 10.1029/2021JB022307
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shallow crystallization of eruptive magma inferred from volcanic ash microtextures: a case study of the 2018 eruption of Shinmoedake volcano, Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Keiko、Geshi Nobuo
  • 雑誌名: Bulletin of Volcanology 巻: 83 ページ: 31
  • DOI: 10.1007/s00445-021-01451-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amorphous silica coating on flank deposits of the 1783 CE eruption at Asama volcano (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakatani Takayuki、Sugaya Sarina、Yasui Maya、Okumura Satoshi、Nakamura Michihiko
  • 雑誌名: Journal of Volcanology and Geothermal Research 巻: 411 ページ: 107149～107149
  • DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2020.107149
  • 査読あり
• [雑誌論文] Combined numerical and experimental study of microstructure and permeability in porous granular media (2020)
  • 著者名/発表者名: Eichheimer Philipp、Thielmann Marcel、Fujita Wakana、Golabek Gregor J.、Nakamura Michihiko、Okumura Satoshi、Nakatani Takayuki、Kottwitz Maximilian O.
  • 雑誌名: Solid Earth 巻: 11 ページ: 1079～1095
  • DOI: 10.5194/se-11-1079-2020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The universal sample holders of microanalytical instruments of FIB, TEM, NanoSIMS, and STXM-NEXAFS for the coordinated analysis of extraterrestrial materials (2020)
  • 著者名/発表者名: Ito Motoo、Tomioka Naotaka、Uesugi Kentaro、Uesugi Masayuki、Kodama Yu、Sakurai Ikuya、Okada Ikuo、Ohigashi Takuji、Yuzawa Hayato、Yamaguchi Akira、Imae Naoya、Karouji Yuzuru、Shirai Naoki、Yada Toru、Abe Masanao
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 72 ページ: 133
  • DOI: 10.1186/s40623-020-01267-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] An experimental system for time-resolved x-ray diffraction of deforming silicate melt at high temperature (2020)
  • 著者名/発表者名: Okumura Satoshi、Uesugi Kentaro、Sakamaki Tatsuya、Goto Akio、Uesugi Masayuki、Takeuchi Akihisa
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 91 ページ: 095113～095113
  • DOI: 10.1063/5.0009769
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental constraint on grain-scale fluid connectivity in subduction zones (2020)
  • 著者名/発表者名: Huang Yongsheng、Nakatani Takayuki、Nakamura Michihiko、McCammon Catherine
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 552 ページ: 116610～116610
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2020.116610
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Formation process of sub-micrometer-sized metasomatic platinum-group element-bearing sulfides in a Tahitian harzburgite xenolith (2020)
  • 著者名/発表者名: Akizawa Norikatsu、Kogiso Tetsu、Miyake Akira、Tsuchiyama Akira、Igami Yohei、Uesugi Masayuki
  • 雑誌名: The Canadian Mineralogist 巻: 58 ページ: 99～114
  • DOI: 10.3749/canmin.1800082
  • 査読あり
• [学会発表] Did mafic recharges trigger the historical Plinian eruptions at Sakurajima volcano? (2023)
  • 著者名/発表者名: Naoki Araya, Michihiko Nakamura, Keiko Matsumoto, Satoshi Okumura
  • 学会等名: International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth's Interior (IAVCEI) Scientific Assembly 2023
• [学会発表] Petrological Constraints on the Magma Fragmentation Pressure of the 1707 Hoei eruption of the Fuji Volcano and Inferred Eruption Dynamics (2023)
  • 著者名/発表者名: Kyungmin Kim, Michihiko Nakamura, Tomofumi Kozono, Mitsuhiro Yoshimoto
  • 学会等名: International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth's Interior (IAVCEI) Scientific Assembly 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental constraints on the crystallization conditions of nanoscale crystals in a rhyolitic melt (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Yasukawa, Mayumi Mujin, Shizuka Otsuki, Michihiko Nakamura
  • 学会等名: International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth's Interior (IAVCEI) Scientific Assembly 2023
• [学会発表] Oriented attachment of magnetite nanoparticles in natural silicate melts (2023)
  • 著者名/発表者名: Marija Putak Juricek, Mayumi Mujin, Nobuyoshi Miyajima, Michihiko Nakamura
  • 学会等名: International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth's Interior (IAVCEI) Scientific Assembly 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Petrological study on the magmatic processes involved in the formation of Parker Volcano, South-Central Mindanao, Philippines (2023)
  • 著者名/発表者名: Marie Thess Quilalang-Gemal, Michihiko Nakamura, Takeshi Kuritani
  • 学会等名: International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth's Interior (IAVCEI) Scientific Assembly 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Quantitative identification of ash particles by visible micro-spectroscopy for monitoring transition in eruption styles (2023)
  • 著者名/発表者名: Taketo Shimano, Atsushi Yasuda, Takahiro Miwa, Michihiko Nakamura
  • 学会等名: International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth's Interior (IAVCEI) Scientific Assembly 2023
• [学会発表] August 2021 eruption of the Fukutoku-Oka-no-Ba Volcano, Izu-Bonin Arc: Understanding the eruption dynamics from rapid response seafloor surveys (2023)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Tani, Osamu Ishizuka, Teruki Oikawa, Hiroki Minami, Masashi Nagai, Yoshiaki Suzuki, Hajime Katayama, Taketo Shimano, Iona M. McIntosh, Michihiko Nakamura, Fukashi Maeno, Takashi Sano, Tatsuki Mizuno, Taisei Ukita, Fumihiko Ikegami, Koji Ito
  • 学会等名: International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth's Interior (IAVCEI) Scientific Assembly 2023
  • 国際学会
• [学会発表] August 2021 Plinian eruption of Fukutoku-Oka-no-Ba Volcano, Izu-Bonin Arc: Constraints on the eruption dynamics from rapid response seafloor surveys (2022)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Tani, Osamu Ishizuka, Hiroki Minami, Michihiko Nakamura, Teruki Oikawa, Hajime Katayama, Yoshiaki Suzuki, Taketo Shimano, Masashi Nagai, Fukashi Maeno, Takashi Sano, Iona M McIntosh, Koji Ito, Taisei Ukita, Naoto Jimi, Hironori Komatsu, Tatsuki Mizuno, Misato Sako
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] The effect of faceting on olivine wetting properties (2022)
  • 著者名/発表者名: Yongsheng HUANG、Takayuki Nakatani、Sando Sawa、Michihiko Nakamura、Catherine McCammon
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of sodium salt on rutile solubility in aqueous fluids: Insights into titanium transport in subduction zones (2022)
  • 著者名/発表者名: 高橋 菜緒子、辻森 樹、鎌田 誠司、中村 美千彦
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] 多孔質弾性に起因する非排水系岩石中の流体分離とセメンテーション (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤田 和果奈、中村 美千彦
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2022
• [学会発表] 伊豆小笠原弧福徳岡ノ場火山2021年8月噴火の緊急海底調査（予察的報告） (2022)
  • 著者名/発表者名: 谷 健一郎、石塚 治、南 宏樹、及川 輝樹、片山 肇、鈴木 克明、嶋野 岳人、長井 雅史、前野 深、中村 美千彦、自見 直人、佐野 貴司
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2022
• [学会発表] 十和田火山御倉山溶岩ドームディクティタキシティック組織部の浸透率 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中村 美千彦、櫻井 亮輔、関谷 夏子
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2022
• [学会発表] マグマ混合によるマイクロライト結晶化抑制と爆 発的噴火：浅間天明噴火での証拠 (2022)
  • 著者名/発表者名: 多田崚真・無盡真弓・中村美千彦・安井真也
  • 学会等名: 日本火山学会2021年度秋季大会
• [学会発表] マントル捕獲岩を用いたドイツ西部・アイフェル 火山深部でのマグマ活動の時間スケール (2022)
  • 著者名/発表者名: 荒尾眞成・中村美千彦・無盡真弓 新谷直己・中谷貴之・隅田まり・Hans-Ulrich Schmincke
  • 学会等名: 日本火山学会2021年度秋季大会
• [学会発表] 捕獲岩の粒間流体形状による上部マントル中の流 体組成の推定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 阿部俊輔・荒尾眞成 大谷真理・新谷直己・中村美千彦 隅田まり・Hans-Ulrich Schmincke
  • 学会等名: 日本火山学会2021年度秋季大会
• [学会発表] 結晶の累帯構造に対する火道内対流の効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高階悠貴・中村美千彦
  • 学会等名: 日本火山学会2021年度秋季大会
• [学会発表] HDAC experiments on silica solubility and speciation in Na2CO3-H2O fluids at high pressure and temperature (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋 菜緒子、辻森 樹、鎌田 誠司、中村 美千彦
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Permeability determination from multi-anvil experiments: Implications for the fluid flux in subduction zones (2021)
  • 著者名/発表者名: Lisa Eberhard、Philipp Eichheimer、Marcel Thielmann、Michihiko Nakamura、Gregor Golabek、Dan Frost
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fluid segregation and chemical compaction through efficient solute transport along wet grain boundaries (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤田 和果奈、中村 美千彦、上杉 健太郎
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Electrical conductivity in texturally equilibrated fluid-bearing forsterite aggregates at 800°C and 1 GPa: implications for the high electrical conductivity anomalies in mantle wedges (2021)
  • 著者名/発表者名: HUANG Yongsheng、Guo Haihao、Nakatani Takayuki、Uesugi Kentaro、Nakamura Michihiko、Hans Keppler
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] 浅間火山1783年（天明）噴火堆積物のアモルファスシリカコーティング (2021)
  • 著者名/発表者名: 中谷 貴之、菅谷 さりな、安井 真也、奥村 聡、中村 美千彦
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2021
• [学会発表] Gas bubble formation in crystal-rich magma and its roles on eruption dynamics (2020)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Okumura, Shanaka L de Silva, Michihiko Nakamura, Osamu Sasaki
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Conduit pre-charge during repeated Plinian eruptions at Sakurajima volcano (2020)
  • 著者名/発表者名: Naoki Araya, Michihiko Nakamura, Atsushi Yasuda, Satoshi Okumura, Tomoki Sato, Masato Iguchi, Daisuke Miki, Nobuo Geshi
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Combined numerical and experimental study of microstructure and permeability in porous granular media (2020)
  • 著者名/発表者名: Philipp Eichheimer, Marcel Thielmann, Wakana Fujita, Gregor J. Golabek, Michihiko Nakamura, Satoshi Okumura, Takayuki Nakatani, Maximilian O. Kottwitz
  • 学会等名: European Geosciences Union General Assembly 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 火山砕屑物中に含まれるナノスケール磁性鉱物 (2020)
  • 著者名/発表者名: 無盡 真弓・中村 美千彦・三宅 亮
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Experimental constraint on the fluid connectivity in an olivine-H2O-CO2-NaCl system in subduction zones (2020)
  • 著者名/発表者名: Yongsheng HUANG、Takayuki Nakatani、Michihiko Nakamura、Catherine McCammon
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Petrological Constraints on the Magma Fragmentation Pressure on the Hoei Eruption (AD 1707) of Fuji Volcano - Implications for the dynamics of Basaltic Plinian Eruptions (2020)
  • 著者名/発表者名: キム キョンミン、中村 美千彦、小園 誠史、吉本 光宏
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2020
• [学会発表] Temperature dependence of titanomagnetite composition in a titanohematite-free silicic magma (2020)
  • 著者名/発表者名: 新谷 直己、中村 美千彦
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2020