| 研究課題/領域番号 |
26287102
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
武井 康子 東京大学, 地震研究所, 教授 (30323653)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 非弾性 / 融点近傍 / 地震波減衰 / メルト / 地震波低速度 |
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| 研究実績の概要 |
多結晶体の弾性・非弾性・粘性の温度依存性を、融点の直下から直上まで（0.88<=T/Tm<=1.01）の範囲で詳しく調べた。メルトが生じる際の急激な粒成長を防ぐために予め部分溶融状態で粒成長をさせた試料と、部分溶融によって生じる第二相のネットワーク構造を避けるために融点以下で粒成長させた試料の二種類を用意し、両者に対してそれぞれデータを取得した。まず、広周波数範囲（100-0.0002 Hz）の強制振動実験を行ない、非弾性の温度依存性を詳しく調べた。同じ温度範囲で超音波実験とクリープ実験を行なって、非緩和弾性定数と拡散クリープの粘性を測定し、マックスウエル周波数fMを計算した。また、部分溶融試料の超音波速度から、波の周波数より高周波の帯域(f～700kHz)に存在する非弾性緩和の強度を求めた。さらに、超音波の結果と強制振動実験の結果から、両者の間の周波数帯（100Hz-1MHz）に存在する非弾性緩和強度も求めることができた。
得られた結果は以下のようにまとめることができる。(1)バックグラウンドの持つ非弾性緩和の総量は実験条件に依らず一定であるのに対して、ピークの総量はソリダスに近づくにつれて増大し、単純なマクスウェルスケーリング則には従わないことがわかった。(2)この増大がソリダス以下の温度から生じていることから、ピークはメルトの有無には関係しない固体状態の何らかのメカニズムにより生じていることが分かった。このことは、melt squirt flowがピークより十分高い超音波帯域に存在するという、超音波測定の結果とも調和的である。(3)部分溶融を経験しメルトのネットワークができた試料では、融点より低い温度でも、融点以上と同様の大きなピークを保つというヒステリシスが見られた。これは、高速拡散パスの存在がピークの増大に深く関わっていることを示唆する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初は予想していなかったヒステリシス効果に気づき、その効果を詳しく調べるとともにその効果を回避した実験を新たに追加することで、再現性のある説得力あるデータセットが完成できた。定量的な解析がほぼ終了し、地震学へ応用できる一般的な定式化として完成しつつある。物理メカニズムについては未知の部分が残っており今後はその解明も課題となるが、地震学に応用できる新しい非弾性モデルを実験データから得られたことには非常に大きな意義がある。特に大きな成果は、弾性定数の高精度の測定により、強制振動実験で直接カバーできる周波数範囲よりも高周波側にある非弾性緩和の強度を推定し、幾つかの仮定に基づいて緩和スペクトルの高周波側のカットオフ周波数が推定できたことである。これは地震学への応用の際に重要となる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、得られた非弾性スペクトルを地震学データに応用する。海洋リソスフェア、アセノスフェアの横波速度構造を、温度・圧力の関数として得たデータへの応用を行う計画であり、現在データの提供者との打ち合わせを行っている。また、実験結果を公表するために執筆中の論文を完成し、投稿する。また、本研究のさらなる発展として、当初は想定していなかった「X線３次元高解像度トモグラフィーによる部分溶融のその場観察」の可能性を他の研究者の協力を得て検討することになり、そのための試料開発やテストを行う計画である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究支援者であるポスドク研究員の雇用期間を本人の希望により変更したことにより、平成27年度の人件費が当初の計画よりも少額になった。この人件費は、最終の平成２８年度にこの研究員を一年間継続的に雇用する際に使用することになる。また、ポスドク研究員の不在期間は研究代表者と学生が中心となってデータ解析を進めたため、雇用期間の変更による研究の遅れはなく、本研究の遂行に影響していない。
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| 次年度使用額の使用計画 |
ポスドク研究員の雇用人件費、論文投稿費、および、これまでの成果をまとめて国際学会で発表するための旅費に使用する。また、本研究結果を理解するための有力な手段として「X線３次元高解像度トモグラフィーによる部分溶融のその場観察」の可能性を検討することになり、そのための試料作成等を行う経費としても使用する。
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