海氷成長における溶存メタン濃縮過程および排出過程の研究

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15656224
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: 大橋 鉄也 北見工業大学, 工学部・機械システム工学科, 教授 (80312445)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 遠藤 登 北見工業大学, 工学部・機械システム工学科, 助手 (20232994)
• Keywords: メタンハイドレード / 海氷 / オホーツク海 / 氷の微視構造 / 溶存メタン / 数値シミュレーション / 結晶成長 / メタン濃縮

Research Abstract

平成15年度科学研究費補助金により作成した「海氷生成実験装置」を用い,海水中にメタンをバブリングしながら種々の条件下で海氷サンプルを生成した.生成した人工海氷の顕微鏡組織、ブラインや気泡の密度・空間配置などについて観察し,統計的な分析を行った.また同じ項目について,南極海域で採取された海氷試料(南極観測船「そうや」より採取),オホーツク海沿岸で採取した海氷試料の観察と分析を行い,結果の比較検討を行なった.それらの結果から,自然海氷が生成される環境条件を推定することができ,また同時に自然海氷に近い人工海氷を実験室レベルで生成することができた.海氷へのメタン・塩分の濃縮過程などについても推定を試みた.
数値シミュレーションでは,2次元および3次元の結晶微視組織生成シミュレーションプログラムを構築した.2次元プログラムでは,結晶のc軸がシミュレーション平面内にある場合(このとき結晶子の形状は針状になり,その縦横比は結晶のc軸およびa軸方向の成長速度の比に等しくなる)および、結晶のc軸がシミュレーション平面に垂直で,結晶子が6回対称の形状を持つ場合について,過冷却海水中で結晶子が成長する過程のシミュレーションプログラムを構築した.これらを用いて結晶子が空間的,時間的に非一様に発生し,それらの成長によって海氷が形成されてゆく過程を数値的に追跡し,固化にともなって塩分が濃縮されブライン領域ができる過程を再現した.その結果,ブラインの形成密度や寸法・形状は結晶成長速度の異方性に大きく依存することなどがわかった.3次元プログラムでは,少数の円盤状の結晶子が成長してゆく過程のシミュレーションプログラムを構築し,結晶子の初期配向と最終的に得られる氷の3次元微視組織の関係などについて検討した.