2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of near-real time volcanology based on in-situ observation experiments of shallow magmatic processes
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16H06348
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
中村 美千彦 東北大学, 理学研究科, 教授 (70260528)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三宅 亮 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10324609)
小園 誠史 東北大学, 理学研究科, 准教授 (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, 利用研究促進部門, 主席研究員 (80344399)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 火山噴火 / 噴火様式 / マグマ / 火山観測 / 石基 / マイクロライト / ナノライト / 脱ガス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
FE-SEMによるその場観察実験により、桜島の安山岩質メルトからのFe粒子・スピネル相・斜長石などの結晶核生成と結晶成長を高温その場観察し、FeやPt 粒子の合体成長を確認することができた。またハワイの玄武岩質メルトからの斜長石・輝石の結晶成長その場観察にも成功した。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産物（800～1000℃，0.1～6 MPa, 実験時間30分～32 時間）を高倍率観察することで、含水量・圧力の効果を検証・圧力の効果が系統的に明らかとなった。
天然試料の観察では、新燃岳2011年噴出物に含まれる輝石ナノライトの晶相に、噴火様式による違いがあることを見出し、TEM観察から、組成累帯構造が晶相変化の過程を記録している粒子を発見した。これにより、晶相は浅部火道環境を推定するための新たな指標となる可能性があることがわかった。
Spring-8のX線CTシステムでは、主に照明光学系の増強により、マイクロからナノまでを繋ぐマルチスケール計測がほぼ完成した。ナノスケール放射光X線CTによって輝石形状の３D観察に成功し、Mujin et al.（2017）で報告された混相組織（複合輝石）の３Dでの広がりを明らかにした。さらに、アイフェル火山のアルカリ玄武岩の中に、スピネル相のoriented attachmentを見出し、天然の噴出物でも非古典的核形成が起こっていることを見出した。
高温苦鉄質マグマ変形実験装置が完成し、発泡玄武岩の変形実験を行った。大直径の二重円筒形サンプルホルダーを新たに製作・導入することで、従来より火道を上昇するマグマの変形に近い幾何学的条件を達成することができた。火道流の数値計算では、富士山の宝永噴火および桜島の大正噴火における火道流のダイナミクスを再現できる一次元定常火道流モデルの構築に着手した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
FE-SEMその場観察では、安山岩～玄武岩の異なる組成において、高温なケイ酸塩メルトからの結晶核形成・その場観察に世界で初めて成功し、さらにケイ酸塩メルトの系でも、水溶液の系で近年報告されているようなoriented attachmentなどの非古典的核形成過程が起こっていることを発見した。さらに、天然の火山岩石基においても、同様の合体成長が起こっていることをFE-SEMおよびTEM観察によってはじめて発見した。また、石基結晶の晶相が、噴火様式の違いに基づく火道浅部でのマグマからの結晶化条件を記録していることを初めて見出した。新開発の放射光X線CTによってマルチスケール計測が可能となり、晶相や混相組織をナノスケールで３次元的に観察していることも画期的な成果と考えられる。
本研究グループ独自のガラスチューブ実験では、多数の対照実験産物の高倍率FE-SEM観察を精力的に行い、実験条件による結晶核形成・成長の違いが明らかとなった。苦鉄質マグマの変形実験では、これまでレオメーターの故障に悩まされてきたが、その問題は解決し、順調に実験を行えるようになり、新たな脱ガスメカニズムが見いだされつつある。さらに富士山の宝永噴火および桜島の大正噴火では、これまでの物質科学的な研究成果を生かした一次元定常火道流モデルが可能となりつつある。
以上のように、本研究は部分的には当初の計画以上に進展しているが、変形実験装置のレオメーターの故障によりH30年度分の経費の繰り越しを行ったため、おおむね順調に進展している、とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
H31年度（R元年度）には、H30年度繰り越し分と並行してH31年度交付分の研究を行った。東北大のX線CT装置が年度末に故障して実験産物の３D組織解析に遅れが出たため、R1年度分のR2年への繰り越しを行ったが、全体としては実験は大きな問題なく実施できる見込みである。そのため、R2年度には、論文による研究成果の出版を中心に、研究期間の延長をすることなく、当初に計画した研究目的は十分に達成できる見込みである。
FE-SEM加熱ステージを用いた、結晶核形成・成長その場観察実験は、技術的な成果を含めた第一報の投稿論文がすでにほぼ完成しており、天然の噴火現象への応用に近い第二報の作成を行う。また安山岩質メルトのガラスチューブ実験も、論文作成に入っており、年度内のなるべく早い段階で、投稿を行いたい。富士火山宝永噴火の浅部結晶化実験と火道流モデルを組み合わせた実験も、H31年度分の研究成果と合わせて、すでに投稿論文の第一稿ができており、現在、推敲を行っている段階であるため、夏前には投稿できる見込みである。安山岩質マグマの変形・脱ガス実験は、新たな脱ガスモデルを提案する非常に重要な成果が出ており、年度内なるべく早い段階での投稿を目指す。火山灰の初期帯磁率を用いた噴火推移の準リアルタイム観測については、投稿が遅れているものの、すべてのデータが揃っているので、これも投稿論文としてまとめる。天然の噴出物石基の高倍率観察に関する論文も現在作成中であり、年度内の投稿を目指す。
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Research Products
(42 results)
