基本情報

所属
東北大学 東北アジア研究センター 基礎研究部門 地球化学研究分野 助教
学位
博士(理学)(北海道大学)

J-GLOBAL ID
200901039820745770
researchmap会員ID
1000283541

外部リンク

研究キーワード

  6

論文

  67

MISC

  37

書籍等出版物

  2

講演・口頭発表等

  114

共同研究・競争的資金等の研究課題

  12

メディア報道

  1

その他

  12
  • 2017年4月 - 2017年4月
    伊豆大島では1950-1951年噴火及び1986年噴火で,山頂火口から溢流した溶岩流に対して,厚さや流速などから粘性係数が求められている(村内,1950;Minakami, 1951;白尾,1987).その値は1950年が1.7×104 Pa s(1063℃)~3.3×106 Pa s(1048℃),1951年が5.6×102 Pa s(1125℃)~2.3×104 Pa s(1038℃),1986年が1.7×104 Pa s~1.2×107 Pa s(温度データなし)で,1950年はわずか15℃で2桁以上の変化がある,1950年の1048℃のほうが1951年の1038℃より2桁以上高粘性であるなど,不可解な点がある.これまで伊豆大島溶岩の粘性係数は系統立てた定量的な研究がなされていなかった.そこで平成28年度の一般共同研究で,一軸圧縮による粘性係数測定を開始した. 計画では,組織の違いやひずみ速度依存性にも着目し,噴火年が異なる溶岩流でその流動特性を明らかにすることを目的とした.そのために噴火年や表面形態の異なる溶岩流から試料を採取し,1986年LC溶岩から測定を開始した.すると,1070℃付近までは有意な流動を示さなかったのが,1090℃を越えると急激に流動化するという,実験前には予想していなかった現象が起こった.その変化があまりに急激で,適切な測定条件を現在も模索中のため,本申請時点でその流動特性を十分明らかにするには至っていない.この急変の原因はまだ明らかでないが,同様の現象が伊豆大島溶岩の動的特性を強く規定し,上で述べた不可解な粘性係数にも深く関係していることも考えられる.そこで採取済の伊豆大島溶岩試料を用いて,平成29年度も引き続き粘性係数測定を行い,噴火年や溶岩流の表面形態による流動特性の違いを明らかにする.また熱分析や,実験前後で試料の薄片観察も行い,温度による流動特性急変の原因を探る. 我々は平成25年度から27年度まで,共同研究で雲仙普賢岳平成溶岩を対象とした粘性係数測定を行ってきた.この溶岩では観測から求められた粘性係数が,温度と化学組成から予想される値より数桁低く,なぜ平成溶岩がそれほどに“流れやすかったのか”という疑問があった.測定の結果,普賢岳の溶岩はほとんど流動性を失っていたことが改めて示され,流動よりむしろ脆性変形や底面の滑りが運動の主体だったという考えに至った.そこで観測からの見積もりの妥当性を疑い,当時の連続写真とビデオを入手して再解析したところ,溶岩が剛体的に斜面を滑っていたことが確認された(火山学会2016年秋季大会で報告).伊豆大島1951年溶岩についても,Minakami (1951)は観測から求めた粘性係数は室内実験で測定された値の数十分の一の低さであることを指摘している.Minakami (1951)は揮
  • 2016年4月 - 2016年4月
    伊豆大島では地下のマグマ蓄積によると思われる山体膨張が続き,次の噴火が近づきつつあると見られている.伊豆大島の溶岩は玄武岩質で,溶岩流の発生が活動の特徴の一つである.溶岩流の粘性係数はその運動を支配し,シミュレーションにも欠かせず,防災の観点からもその値を知ることは重要である.伊豆大島では1950-1951年噴火及び1986年噴火で,山頂火口から溢流した溶岩流に対して,厚さや流速などから粘性係数が求められている(村内,1950;Minakami, 1951;白尾,1987).その値は1950年が1.7×104 Pa s(1063℃)~3.3×106 Pa s(1048℃),1951年が5.6×102 Pa s(1125℃)~2.3×104 Pa s(1038℃),1986年が1.7×104 Pa s~1.2×107 Pa s(温度データなし)で,1950年はわずか15℃で2桁以上の変化がある,1950年の1048℃のほうが1951年の1038℃より2桁以上高粘性であるなど,不可解な点がある.またMinakami (1951)は,観測から求めた粘性係数より室内実験で測定された値のほうが数十倍高いことを指摘した.Minakami (1951)は揮発性物質の量の違いでこの差が生じたと推測したが,結晶量の違いや,ひずみ速度依存性の違いの影響も考えられる.先の不可解な点を含め,これまで伊豆大島溶岩の粘性係数には,系統立てた定量的な研究がなされてこなかった.そこで本研究は伊豆大島の噴火年が異なる溶岩流から試料を採取し,流下時に近い温度での粘性係数測定を行い,組織の違いやひずみ速度依存性にも着目し,その流動特性を明らかにする. 私たちは平成25年度から27年度まで,雲仙普賢岳平成溶岩を対象とした粘性係数測定を行ってきた.この溶岩でも観測から求められた粘性係数が予想される値より数桁低く,なぜ平成溶岩がそれほどに“流れやすかったのか”という疑問があった.測定の結果,普賢岳の溶岩は噴出時にはほとんど流動性を失っていたことが示され,流動よりむしろ脆性変形や底面の滑りが運動の主体だったという考えに至り,現在,観測データでの検証を進めている.デイサイト質の雲仙平成溶岩と玄武岩質の伊豆大島溶岩でどのような共通性・相違性があるか,興味が持たれる.
  • 2015年4月 - 2015年4月
    観測から求められた雲仙普賢岳平成溶岩ローブの粘性係数は,実験室内で測定された石基ガラス組成のメルトの粘性係数よりも2桁ほど低い.なぜ平成溶岩がそれほどに“流れやすかったのか”という疑問に答えるため,平成25,26年度の一般共同研究で,一軸圧縮による溶岩試料の粘性係数測定を行ってきた.その結果,測定された粘性係数は石基メルトに結晶による粘性増加を考慮した値と調和的で,それより数桁低い観測値は溶岩の流動では説明できないことがはっきりした.実験で得られたような高粘性では,ローブ底部に生じるひずみ速度で流動による脆性破壊が起こりうるので,そのような破壊と,破壊面での滑りが溶岩ローブの運動の主要因と考えている.その痕跡を探すため,本申請直後の11月初めに,福岡で火山学会が開催される機会を利用し,それに引き続いて雲仙普賢岳でローブ溶岩の調査を予定している. これまでの実験で,粘性係数の数十時間にわたる増加(一定応力下でのひずみ速度の減少)が見られ,それは特に,試験力が低い時や,試料の空隙率が高い時に顕著であった.この原因が不明だったが,空隙がつぶれて緻密化していくプロセスを見ているらしいことが最近わかってきた.しかしここで新たな疑問が生じる.試料は天然において,実験より遙かに長時間の変形を被っており,応力に対して十分平衡に達しているはずである.それがなぜ改めてつぶれるのか? 一つの仮説として,そのように空隙を持つ試料は十分な応力を受けなかったローブの比較的上部に由来し,さらに,流動にはほとんど寄与していなかったことが考えられる. これまでは実験試料に転石を用いていたが,ローブの部位がわかった試料を使い,内部組織とも結びつけて考える必要がある.11月の調査で産状のはっきりした試料を採取し,それを実験に用いることで,ローブ溶岩の運動を支配する要因を明らかにする.
  • 2014年4月 - 2014年4月
    雲仙普賢岳平成溶岩ローブの粘性係数は,観測から1010~1010.5 Pa sと求められている.これに対し,石基ガラス組成のメルトの粘性係数は,実測で800℃のとき1012.5 Pa sと観測値より高い.水による粘性低下を考慮しても,結晶による粘性増加はそれを上回り,観測された低い粘性係数を説明できない(Goto, 1999).同様のことは伊豆大島三原山の1951年溶岩流でも報告されている(Minakami, 1951). この問題を解決するため,平成25年度の一般共同研究で,一軸圧縮による普賢岳平成溶岩試料の粘性係数測定を行っている.これまでの実験で,溶岩試料の粘性係数は確かに観測値より高いことが確かめられ,溶岩ローブはニュートン流動以外のメカニズムで移動していたことが強く示唆された.しかしながら,同じ岩塊からの試料では結果に再現性があるにもかかわらず,全岩組成や岩石組織がほぼ同じ二つの岩塊で実験値が異なることや,粘性係数が時間に対して増加し,特に低応力では10時間までのランタイム内で一定値に収束しないなど,当初予想しなかった新たな問題が現れている.そのため,平成26年度も引き続いての申請を行う.安田准教授が代表を務める特定共同研究(B)「顕微FTIR反射分光法の応用と高度化:含水量データ10倍増計画」にも参加予定なので,この中で粘性測定前後の試料の含水量を測定し,脱水が粘性増加の原因であるかの検証や,平成溶岩と新焼溶岩の挙動の違い(前者は火砕流を発生させ,後者は斜面を溶岩流として流れ下った)と水との関連も追求する.また,サンプリングを行いながら測定するには至っていない,伊豆大島溶岩についても測定を行い,近い将来に予想される噴火に際し,流下範囲の予測などに有用なデータを取得する.
  • 2013年8月 - 2013年8月
    2011年の東北地方太平洋沖地震で蔵王山の活動が活発化する可能性を鑑み,現地での噴気温観測,湧水分析,御釜の湖水分析及び水深測定を行う.
  • 2013年4月 - 2013年4月
    溶岩流の粘性係数は,地形とともにその流動を支配し,シミュレーションにも欠かせない.溶岩の粘性係数は,流動性を持つ溶融部の粘性係数と,含まれる結晶の量や形で決まると考えられるが,それらから推定される値と,溶岩流の厚さや流速から求められる値とは一致しないことが多い.雲仙普賢岳の平成溶岩の場合,観測から1010~1010.5 Pa sと求められているが,石基ガラス組成のメルトの粘性係数は800℃のとき1012.5 Pa sと観測値より高く,水による低下を考慮しても,結晶の効果によりさらに高い値が予想される(Goto, 1999).これは,溶岩流の運動にはニュートン流動以外のメカニズムが関与していることを示唆する.同様のことは伊豆大島三原山の1951年溶岩流でも報告されている(Minakami, 1951). 雲仙普賢岳に関しては,平成溶岩と約200年前の新焼溶岩は岩石学的にほぼ同一とされているにも関わらず,前者は崩落型火砕流を発生させたのに対し,後者はそれなしに斜面を溶岩流として流れ下ったという問題もある.これは後者が高温で粘性が低かったためと説明されているが,流動特性を実測で比較したわけではなく,推測の域を出ない.本研究では,これら溶岩の粘性係数を実際に測定し,その流動特性を明らかにすることで,溶岩流の流動機構を考察する.
  • 2012年12月 - 2012年12月
    溶岩流の粘性係数は,地形とともにその流動を支配し,シミュレーションにも欠かせない.溶岩の粘性係数は,流動性を持つ溶融部の粘性係数と,含まれる結晶の量や形で決まると考えられるが,それらから推定される値と,溶岩流の厚さや流速から求められる値とは一致しないことが多い.雲仙普賢岳の平成溶岩の場合,観測から1010~1010.5 Pa sと求められているが,石基ガラス組成のメルトの粘性係数は800℃のとき1012.5 Pa sと観測値より高く,水による低下を考慮しても,結晶の効果によりさらに高いが予想される(Goto, 1999).これは,溶岩流の運動にはニュートン流動以外のメカニズムが関与していることを示唆する.同様のことは伊豆大島三原山の1951年溶岩流でも報告されている(Minakami, 1951). 雲仙普賢岳に関しては,平成溶岩と約200年前の新焼溶岩は岩石学的にほぼ同一とされているにも関わらず,前者は崩落型火砕流を発生させたのに対し,後者はそれなしに斜面を溶岩流として流れ下ったという問題もある.これは後者が高温で粘性が低かったためと説明されているが,流動特性を実測で比較したわけではなく,推測の域を出ない.本研究では,これら溶岩の粘性係数を実際に測定し,その流動特性を明らかにすることで,溶岩流の流動機構を考察する.
  • 2012年11月 - 2012年11月
    高速度カメラと高周波数まで測定可能なマイクロフォンを時間同期させた高速度収録システムを構築し,それを用いた観測によって,今まで認識されていなかったミリ秒スケールでの火山現象の検出を試みる.
  • 2007年10月 - 2007年10月
    ストロンボリ火山に赴き,前年度のCOE研究費で構築した野外高速度収録システムにより空振観測を行い,彼が行っている地震・映像観測のデータとセットにして解析を行う.
  • 2006年11月 - 2006年11月
    流体科学研究所との連携のもと,高圧ガスの噴出で砂を飛散させる火山爆発模擬実験を発展させる.飛散物の粒径を変えるなどして,ガスと飛散物の相互作用を捉えることを目指した.またこの実験で用いられる技術を応用して,実際の火山で圧力波を機動的に観測するためのシステムを構築した.
  • 2002年12月 - 2002年12月
    火山噴火の模擬として間欠泉で見られる変動を定量的に計測し,そのメカニズムと地球物理学的な観測量への関与を明らかにすることを目指した.
  • 2001年11月 - 2001年11月
    溶岩流シミュレーションコードの開発