| 研究課題/領域番号 |
20K04130
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
山下 茂 岡山大学, 惑星物質研究所, 准教授 (30260665)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 岩石・鉱物・鉱床学 / マグマ / 水 / 高温高圧実験 / 噴火 |
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| 研究実績の概要 |
マグマにどのくらいの水が溶け込めるのか（溶解度）についての実験データが玄武岩や流紋岩といった極端な組成のマグマに偏っており、中間的な組成である安山岩マグマの実験データがほとんどないことに問題意識を持ち、そのデータギャップを埋めるべくこの研究を始めた。マグマへの水の溶解度はマグマの浮力や過剰圧といった噴火に関わる過程を考える上で必須のパラメータであり、本邦のようなプレート沈み込み帯の火山弧で大量に噴出している安山岩マグマのデータ拡充は社会的意義が大きい。
前年度までの溶解度実験で、安山岩マグマへの水の溶解度は同じ圧力温度条件の流紋岩マグマに対して10~20%（相対）程度大きいことが明らかになった。令和3年度は、この溶解度の違いが生じる原因について手がかりを得るために、マグマ中の水の溶解種間平衡（マグマに溶け込んだ水の一部がマグマの構造を作っている酸素と反応して水酸基になる）を安山岩マグマと流紋岩マグマのあいだで比較した。マグマの構造緩和理論に基づけば、この溶解種間平衡は急冷時のガラス転移温度で凍結されるとみなすことができる。そこで、既存のマグマ粘性率モデルを利用して、装置固有の急冷速度10°C/secオーダーに対応するガラス転移温度をそれぞれの急冷ガラスについて求め、安山岩マグマと流紋岩マグマそれぞれについて水の溶解種間平衡を温度の関数として整理した。その結果、安山岩マグマ中の水の溶解種間平衡の平衡定数は、同じ温度条件の流紋岩マグマと測定誤差の範囲内で一致することが明らかになった。このことは、溶解度の違いが溶解種間平衡ではなく、マグマと水のあいだの不均一系平衡に駆動されていることを示唆している。平行して、前年度までの実験よりも還元的な状態で溶解度実験を行い、天然の安山岩マグマに普遍的な酸化還元状態の範囲では、マグマの酸化還元状態は水の溶解度に影響しないことも確かめた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
研究代表者のエフォート割当の見積もりが甘く、令和3年度ぶんとして当初計画していたほどの進捗を得ることができなかった。令和4年度では研究代表者がこの研究課題に重点的に取り組み、エフォート割当を増やすことで遅れを解消していきたい。新型コロナ感染症拡大の影響により現地で安山岩試料を採集するのが難しく、実験の対象を組成の異なるいろいろな安山岩へ拡張するタスクの進捗はゼロであった。令和4年度においても現地での安山岩試料採集は難しいと考えられるので、頒布されている地質標準試料を活用する、試薬から目的の安山岩組成を合成するなどして対応していきたい。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の計画に沿って、安山岩組成マグマへの水の溶解度実験データを拡充する。実験生成物から水の溶解度を決定するためには引き続き顕微赤外分光分析を利用するが、顕微赤外分光分析の確度はバンド吸収係数の確からしさに依存する。したがって、実験と同じ安山岩の組成をもつ標準含水ガラス（絶対分析手法である水素マノメトリーにより含水量を独立に決定する）を別に合成し、適宜、吸収係数の確度のチェックすることで、分析の確度を上げるように努める。組成の異なるいろいろな安山岩マグマへの展開については、現地での安山岩試料採集が難しいであろうことを考慮し、頒布されている地質標準試料を活用する、試薬から目的の安山岩組成を合成するなどして対応する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
繰越し金額が大きいが、これは半導体不足や新型コロナ感染症拡大等により、物品の納期が例年よりかなり長くなっていること、予定していた出張（現地での安山岩試料採集）を延期したことによる。繰越し金額の大部分（387,200円）は4/1以降4/20までに納品された物品の支払いに充当した。したがって令和4年度の助成金使用計画に大きな変更はない。
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