著者

種子 彰

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

巻号頁・発行日

2020-03-13

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科学の目的は,宇宙の全ての謎を説明することである。これまで、科学法則 と真理は帰納法と演繹法によって探求されてた。起源の探求は時間を遡ることがでないので、初期状態が不明であった.起源の探究には創造的推論と評価が重要である.それは進化の結果で評価するアブダクションという手法です。具体的には画期的なモデルを提案して,それで一度限りの進化の複数結果(特徴)を統一的に全て説明する。巨大衝撃(GI)仮説モデルでマントルだけの月となるには、30度の特別な角度でVx=7km/sの速度で偶然地球に接線方向に衝突する必要がある。計算された月軌道エネルギー(3×Re)は実際の月の1/20に過ぎず、(GI)仮説は検証できなかった. これは月形成モデルの新仮説です.ジャイアントインパクトGIモデル(火星サイズの分化した原始惑星)の代わりに,月サイズの分化したマントルだけの衝突体(MI)を想定した.地球は半径の半分がコア(Fe+Ni)であり,その外側はマントルで覆われている.月がマントルだけでできていると云う発見は大きな特徴である.GI仮説でもその特徴を再現する為に,色んな角度や速度を仮定して破片にコアが含まれないで凝集するメカニズムを苦労して計算し,特別な条件を探しだした.しかし月の軌道エネルギーは現状の値の1/20しか満足出来なかった.地球に与える衝突エネルギーは,GIがMIに比べて約2.5倍も大きい.そこでGIモデルの衝突では地球は完全にコアまで変形するが,MIモデルの衝突では,無傷のコアと地球マントルの欠損とマントルだけの月の射出となる.MI仮説で,必然で月サイズのマントルインパクターが形成されるために,太陽系の観察を行ったところ,ボーデの法則の小惑星帯位置に惑星が欠けているという特徴が有った.その欠けた惑星が偶然の衝突で破壊されたと仮定すると,その破片は四方に飛び散って凝集できない.「必然衝突のアイデア」 (コア+マントル→マントルだけのインパクター)ヒントはシューメーカーレビ第九彗星であり,木星に一列の痕跡を残し,潮汐断裂の良い手本を示してくれた.問題は,円軌道のCERRA(セレス位置の火星サイズ原始惑星)が潮汐断裂する楕円軌道になるメカニズムである. セラの外周に誕生した巨大質量のガス惑星の摂動で,セラの角運動量は木星に吸い取られてセラの軌道を偏平化させた.軌道エネルギーが一定の法則の状態で,太陽と木星の引力が互いに釣り合う位置でセラは潮汐力により断裂し,マントル破片は列車の様に一列に並んで,同一楕円軌道を周回する.地球との衝突は、会合周期毎に此の楕円軌道と地球軌道の交点で発生する.理論計算により得られた衝突速度と角度は,12.4 km/sおよび36.4度である.衝突速度は第二次宇宙速度11.2km/sより大きいが,反発係数を考慮すると現在の月軌道位置60×Reが簡単に計算できた.地球のマントルは中心に近いほど高密度であリ,射出された地球マントル片は,偏芯していて地殻熔融マントルで外面が被覆されている.しかし,隕石重爆撃期に衝突し形成されたクレーターは,表面では内面の玄武岩質が再溶融し流出すると,黒い月の海と成る.裏面は同じ安山岩質の角礫岩なので海が出来ずに月の沙漠となる. 射出された月は偏心しており、地球と偏芯した月が共通重心を中心として互いに回転する.重い側(表面)は共通重心に近い位置が安定している.そこで表面は常に地球に面しているため、裏側は地球からは見えない.地球の起源も同様にMIで全て説明出来た.この「マルチインパクト仮説」では、更に地球の起源として[地球の深海洋底][プレート境界][プレートテクトニクス][駆動力][プレート移動方向の急変][プレート相互の重なり開始][還太平洋弧状列島・背弧凹海盆・海溝][南極大陸の停止][トランスフォーム断層][平川層][バンアレン帯の偏芯][地球磁場反転][地軸の傾斜][生物種大絶目]が説明できた。太陽系の起源として、[フィーデングゾーン][小惑星帯][分化した隕石][ラブパイル小惑星の分化した材料][木星の大赤斑][冥王星のマントル][水星のコアリッチ]も統一的に説明できた.特に,[月の軌道エネルギー]や[マントル断裂片の衝突速度と角度]が,理論から数値が出せたことと、[月の偏芯][月の海が表面に集中する理由][月が表面を常に地球を向く理由][キンバーライトパイプの形成理由]なども統一的に説明できて、冥王代のミッシングリンクの解明に役立った.アブダクションで完全に検証できたと云える.詳細"はS-IT25(26日A05),M-IS22(May 24,201B)にも投稿済.

著者

種子 彰

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JpGU-AGU Joint Meeting 2020

巻号頁・発行日

2020-03-13

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現在、色々な宇宙論が提案されている.其々が異なる仮説を述べて、一つとして証明が出来ていない.その理由は、正しい評価方法がないためです。空間を膨脹させるメカニズムは証明できない!ビックバンは赤方偏移を説明するための天文学者の仮説に過ぎない!証明できない天文学者のドグマと云える.ビッグバン仮説は、赤方偏移を誰も証明できない空間拡張仮説によって説明できるというありそうもない仮説です。更に、宇宙が潰れない理由は,膨脹しているエネルギーと暗黒物質の引力が釣り合っているという訳の解らない仮説を追加して説明している。誰が言い出したか不明であり、それは無責任です。交差点で信号機が赤の時、皆で一緒に道を渡れば、誰もが怖くない.それを変だと文句をいう奴を無視します!エネルギー保存法則を考慮すると、ブラックホールと暗黒物質を考案して、証拠なしにドグマを続けるのは権威主義者です。 小松栄一郎は宇宙の背景等方性放射を観測することができ、プロファイルは2.725Kでの黒体放射のそれに類似していました。彼は、観察はビッグバンの証拠であると2014年に言いました。宇宙が潰れない理由は,膨脹しているエネルギーと暗黒物質の引力が釣り合っているという訳の解らない仮説を追加して説明している.しかし、其の観測された背景輻射が「未知の百科事典(1)p91~p100 . ローワン・ロビンソン氏1980-July」でp95に「此の背景輻射むのエネルギー密度が,多くの銀河系からくる星の光を寄せ集めて平均したエネルギー密度とよく似ていることである.こうした星の光を2.7度Kの黒体輻射の形に変形させる方法と云うのは見つかっていない.」と述べている. 私は,宇宙の遠方からの光は「ランバートの法則でエネルギーは希釈されている」し,周波数が赤方偏移する事は観測されている.つまり,観測地点では量子力学的な効果として理論的に説明できる.更に、宇宙の中心で無くて観測地点が地球なので等方性も示せる.[1]赤方偏移は、「P1-23空間量子赤方偏移仮説と新定常宇宙論」2014-9 日本惑星科学会ですでにアブダクションで説明されています。更に[2]3度Kの背景輻射と[3]地球中心の赤方偏移も説明済みである.[4]宇宙が潰れない理由は,有限宇宙でのマッハ力学により作用(引力)と反作用(慣性質量)と考えて釣り合うと説明される. ビッグバン仮説の最大の謎は、空間拡張のメカニズムが物理的に証明されていないということです。定規は空間とともに膨張するため、空間膨張の観察を説明することは不可能です。私も他の誰でもそれを証明することはできないが、空間膨張は観測されていない。宇宙の起源の評価方法は、それを分析し統合して得られた結果で、帰納法と演繹法で推定するしか手段が無かった。さて、アブダクションによる進化の結果として、"宇宙の特徴を幾つ説明できるか"を評価すれば、仮説は簡単に破られる.ブラックホール、暗黒物質、ビッグバンはもはや必要ありません。ビッグバンに乗っている原子物理学者と天文学者は、優れたフリーライダーです。ビッグバン、ブラックホール、ダークマターに基づいて独自の理論を構成している人々はフリーライダーであるため,その根拠が崩る.前任者の幻想を受け入れないでください。自分で真実を探る.自然の現状で自分の仮説の真偽を確認しよう。地球も宇宙の一部です,宇宙の中心ではありません。地球でも量子力学は実証されており,工業的にもICやLSIで利用されています.量子力学ではエネルギーが空間に希釈された処で適用されます.宇宙の彼方から届く光は空間で希釈されています.つまり,エネルギー保存法則と周波数保存が同時に不可能になると,周波数は赤方にずれます. これが[1]赤方偏移の根拠です.[2]3度Kの背景輻射は,平均的な太陽の周波数分布が,閉宇宙の半径だけ(遠方分だけ)ピークがずれ3度Kに観測されたと説明できます.[3]地球中心の赤方偏移は,観測位置が地球であっただけです.空間は膨脹する必要が有りません.ビックバンで膨脹する以前は,1点にエネルギーが集中していたらビック・ブラックホールであり,爆発できません(笑い). 地球上で空間膨張が観測出来ないのに,何故遠方の光で空間膨張の効果を観測できる矛盾はどう説明するのかな?宇宙の起源。 今までのビック・バン仮説は,比較する仮説がなかったので,実証されていなくても正いと信じられていた.誰が,ビックバンを実際に証明できるのか?キリスト教には"神が世界を創造した"という説が有る.それと同様な,ビックバン仮説が今否定された.仏教の輪廻と同様に,それは宇宙が始まりが無く永遠に変転していると云える.空間は膨脹する必要が有りません.地球上で空間膨張が観測出来ないのに,何故遠方の光で空間膨張の効果を観測できる矛盾はどう説明するのかな?ちなみに、スペースが拡大しなくても、宇宙半径は計算できます。この値は真実でしょうか?今回はM-IS22に"太陽系起源"と"宇宙起源無し"の二件を投稿した."太陽系の起源の詳細"はS-IT25<26日A05>にも投稿済.

著者

池田 里奈 吉田 圭佑 髙橋 諒 松澤 暢 長谷川 昭

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

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2020-03-13

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地震の応力降下量は,地球内部の応力サイクルの理解の上で重要なパラメータである.小中地震の応力降下量は,従来,Brune (1970), Sato & Hirasawa (1973), Madariaga (1976)などの震源過程モデルの当てはめにより推定されてきたが,近年では,観測ネットワークの発達により小中地震の破壊伝播過程そのものについての推定もある程度可能になってきている.本研究では,2011年3月11日から2018年10月31日までに福島-茨城県境周辺で発生した小中地震 (Mw 3.3-5.2)の破壊伝播指向性を調べ,さらにそれを考慮して応力降下量の推定を行った. 初めに,経験的グリーン関数法を用いて,対象地震 (348個)の観測波形を近傍で発生したひとまわり小さな地震の波形でdeconvolutionすることにより,各観測点での見かけの震源時間関数を求めた.その結果,本研究で解析対象にした小中地震の多くに,見かけの震源時間関数の継続時間や振幅に明瞭な方向依存性が確認できることがわかった. 次に,楕円形断層の非対称破壊を含む一般化した震源過程モデル (Dong & Papageorgiou, 2003)を用いて,見かけの震源時間関数のコーナー周波数とその方向依存性から断層サイズと応力降下量,破壊の進展方向を推定した.楕円形断層の非対称破壊を導入することにより,従来の円形断層の対称破壊モデルよりも理論コーナー周波数の残差を大幅に減少させることができた.解析を行った348個の地震のうち,306個の地震が有意な破壊伝播指向性を持つことが分かった.破壊の進展方向には偏りがあり,本研究で解析した地震には,破壊が南東方向へ進展したものが多いことが分かった. 推定した断層サイズから求めた応力降下量は,対称破壊モデルを仮定して求めたものより系統的に大きな値を示した.このことは,円形断層の対称破壊伝播を仮定した場合には,同じ継続時間でも破壊域が大きくなり,断層サイズが過大評価されると考えられることから理解できる.推定した応力降下量の平均値は20.2 MPaであり,先行研究によりこの地域で推定されている最大剪断応力の大きさと同程度であった.このことは,個々の小地震が,断層面上の剪断応力の殆どを解消していることを意味するのかもしれない.

著者

増田 雄樹 横山 哲也 岡林 識起 石川 晃

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2020-03-13

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Micro-scale isotopic analysis of geologic materials is getting more important in recent geochemistry. Although in-situ isotopic measurements with LA-ICP-MS or SIMS have played a central role in geochemical applications, these techniques are not necessarily suitable for isotopic analysis that requires chemical separation prior to mass spectrometry. In such cases, sampling with micro milling [1] or Laser Ablation in Liquid (LAL) [2] has been applied. However, these sampling techniques could cause cross contamination from the micro-drill material, relatively low recovery yield, and longer sampling time.To overcome these problems, we developed the Laser Ablation with Filter (LAF) method in which sample particles ablated by a fs-laser (IFRIT, Cyber Laser) are carried via the flow of He gas in a Teflon tube and then caught by a membrane filter (pore size: 0.1 µm). The performance of the LAF method was evaluated by using a glass standard (NIST SRM 610), which was ablated by a spiral analysis mode with a fluence of 28 J cm-2, repetition rate of 500 Hz, pulse lengths of 240 fs, wavelength of 260 nm, and raster speed of 100 µm/s. The typical pit size was 20 µm in width and 20 µm deep, which required 1.4 h for sampling an area of 1×1×0.1 mm3. The sample particles retrieved by the filter were dissolved by a mixture of HF and HNO3, then treated with HClO4 to decompose insoluble fluoride precipitates. The sample solution was split into two aliquots; one dedicated for the analysis of trace element abundances with ICP-MS (Xseries 2, Thermo) and the other for isotopic analysis with TIMS (TRITON plus, Thermo) after chemical separation. We found that the recovery yields of trace elements ranged from 80-90%, in which the effect of elemental fluctuation was suppressed owing to the use of the fs-laser [2, 3]. The 87Sr/86Sr of NIST 610 collected by the LAF method was 0.7096787 ± 0.0000016 (2SE), which is consistent with that for NIST 610 (87Sr/86Sr = 0.7096779 ± 0.0000028) separately measured by dissolving a piece of the glass standard. The procedural blank of the LAF method was negligible to perform the trace element and isotopic analyses. The new method can be applied to small minerals and inclusions in terrestrial rocks and meteorites for understanding the carrier phases that cause isotope heterogeneities in mantle rocks and refractory inclusions in carbonaceous chondrites.[1]Myojo, K. et al. (2018) Astrophys. J. 853, 48. [2]Okabayashi, S. et al. (2011) J. Anal. At. Spectrom, 26, 1393-1400. [3]Fernández B. et al. (2007) TrAC. 26, 951–966.

著者

桑野 太輔 亀尾 浩司 久保田 好美 万徳 佳菜子 宇都宮 正志 岡田 誠

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2020-03-13

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The Mid-Pleistocene Transition (MPT) is the well–known interval that the dominant periodicity of earth’s climate cycles shifted from 41 to 100 ky rhythms (e.g., Elderfield et al., 2012). This study will discuss paleoceanographic changes during the Early Pleistocene before the MPT around the central part of the Pacific side of Japan based on calcareous nannofossil assemblages. We studied the Kiwada Formation in the Kazusa Group, distributed the Boso Peninsula. Two different counting techniques were used to clarify biostratigraphic and paleoceanographic events based on calcareous nannofossils. The age model for this section was proposed by Kuwano et al. (2019a, b). Investigaed ages is Marine Isotope Stage (MIS) 41 to 36. Spectral analyses using the PAST3 software were also applied in order to extract paleocanographic signals from nannofossils.At least 13 species and 13 genera of calcareous nannofossils were identified in the examined section. Umbilicosphaera sibogae(Kuroshio water index) increased at the glacial–interglacial boundaries, Florisphaera profunda (stratified, warm offshore water index) and Helicosphaera spp. (freshwater inflow index) increased in the interglacial period. On the other hand, Calcidiscus leptoporus (cool offshore water index) and very small Gephyrocapsa spp. (eutrophic freshwater index) increased during the glacial period. In particular, Coccolithus pelagicus (eutrophic cool water index) abundant at the end of the glacial period. The power spectra of F. profunda, U. sibogae, very small Gephyrocapsa spp., and C. leptoporus show 55–57 kyr periodicity, which also appeared in benthic foraminiferal δ18O. The periodicity of 22–23 kyr was recognized from relative abundances of F. profunda, U. sibogae, and Helicosphaera spp. Those sequential fluctuations of nannofossils indicate that northward/southward of the Kuroshio and Subarctic Front around the Pacific side of Japan. It can be presumed that oceanic front movements linked East Asian monsoon variations because paleoceanographic records in this study corresponded with Chinese loess-paleosol records (Sun et al., 2010).[Reference]Elderfield et al., 2012, Science, 337, 704-709., Kuwano et al., 2019a, The 126th Annual Meeting of the Geological Society of Japan, Abstract, R23–P2., Kuwano et al., 2019b, The 1st Asian Palaeontological Congress, Abstract, P64., Sun et al., 2010, Earth and Planetary Science Letters, 297, 525–535.

著者

望月 公廣 山下 裕亮 Savage Martha Warren-Smith Emily Jacobs Katie Wallace Laura

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2020-03-13

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The Pacific Plate subducts beneath the Australian Plate at a rate of ~5 cm/year along the northern Hikurangi trough off the North Island, New Zealand, and the seismic activity is very high. In addition to regular earthquakes, slow earthquakes including slow slip events (SSEs) and tremor have been observed offshore on the shallow plate interface. SSEs are relatively frequent in the northern part of the Hikurangi subduction margin, occurring every 1-2 years. Therefore, this frequent, repeating occurrence offers an excellent chance to capture accompanying seismicity as well as the SSE itself using temporary deployments of ocean bottom instruments directly overlying the shallow (<10 km) SSE source.We conducted an international collaborative observation from May, 2014, through June, 2015, using 15 ocean bottom seismometers (OBSs) and 24 ocean bottom pressure gauges (OBPs). We were successful in capturing an SSE directly beneath the network, and obtained a precise slip distribution of the event. The slip reached near the trough axis, and that the slip was reduced in the area of subducted seamounts. The tremor activity initiated near the end of the SSE and it lasted for more than two weeks, within a limited region over one of the subducted seamounts. Stress inversions from focal mechanisms of earthquakes during the SSE cycle revealed temporal variations in stress orientations suggestive of an increase in pore fluid pressure within the slab and along the plate interface during the period prior to SSEs in the area, and a subsequent reduction of pore fluid pressure following SSEs. Furthermore, variations of shear wave splitting delay times and Vp/Vs suggested that filling and emptying of cracks and pore spaces accompanied the fluid pressure changes. These observations of long-lasting tremor activity and temporal variation of focal mechanisms and cracks in tandem with the occurrence of SSEs suggest a potential role of fault-valving in the generation of slow earthquakes.We conducted another temporary OBS deployment from Oct. 2018 through Oct. 2019 using 5 OBSs in the same region of the 2014-2015 observation spanning the subducted seamount where we recorded offshore tremor activity previously. A large SSE occurred during the observation period in April-May 2019 around our OBS network, and we were successful in capturing seismic activity accompanying the SSE. The seismicity increased around the start of the SSE and continued throughout the event. Some of the activity shows a large low frequency component, and it is likely that tremors were activated. We are conducting further investigations.

著者

南條 壮汰 穂積 裕太 細川 敬祐 片岡 龍峰 三好 由純 大山 伸一郎 尾崎 光紀 塩川 和夫 栗田 怜

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JpGU-AGU Joint Meeting 2020

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2020-03-13

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国際宇宙ステーション(International Space Station: ISS)から、デジタル一眼レフカメラ(デジカメ)を用いて都市や海洋、大気などの様子が撮影され、連続カラー画像が NASA のウェブサイトで公開されている。我々は、公開されている画像の中にオーロラが含まれているものを抽出し、背景として写っている街明かりをマーカーにして地理座標上に投影することによって、オーロラの研究、特に脈動オーロラの広域特性の解析に活用することを提案してきた [Nanjo et al., 2020, submitted]。この ISS からのデジカメ観測は 1 秒以下の時間分解能と、地上全天カメラ 3-4 台分の広い視野を持ち、約10分の間にローカルタイム方向に 4-5 時間分に相当する領域を俯瞰的に撮像することができる。脈動オーロラの明滅周期は 2-40 秒、空間スケールは数 10 km 程度であるため、投影されたデジカメ画像によって、脈動オーロラの時間変動・空間変動の双方を十分に分解することが可能である。本研究では、複数の脈動オーロライベントについて投影された連続画像から明滅周期を導出し、その MLT 依存性についての解析を行ったが、明滅周期が MLT に依存しているという傾向を、すべてのイベントに共通するものとして見いだすことはできなかった。次に、デジカメ画像が RGB の 3 チャネルを持つことに着目し、色の違いについての解析を行った。オーロラの色と RGB チャネルの関係は、最も明るい酸素原子の発光である 557.7 nm が G チャネルに対応し、427.8 nm を代表とする窒素分子のバンド発光が B チャネルに対応すると考えられる。窒素分子を発光させる電子のエネルギーは、酸素原子を発光させる電子のそれに比べて相対的に高いため、B チャネルと G チャネルの輝度の比(B/G 比)を用いて降込電子の特性エネルギーに関する情報が得られるのではないかと考え、複数例について B/G 比の解析を行った。その結果、B/G の比は、1) ディスクリートオーロラの領域よりも脈動オーロラの領域において高くなること、2) 脈動オーロラの OFF-time (暗いタイミング)に対して ON-time (明るいタイミング)で高くなること、3) 真夜中よりも朝側の MLT で高くなること、がわかった。これらの結果は、脈動オーロラ電子のエネルギーについてこれまでに知られている傾向と一致するものであり、デジカメで得られた B/G 比を降込電子エネルギーのプロキシとして使用できることを示唆している。本大会では、ここで得られた結果の背景にあるプロセスを、脈動オーロラとの関連が指摘されているコーラス波動の特性を踏まえて議論する。

著者

南條 壮汰 佐藤 夏雄 穂積 裕太 細川 敬祐 片岡 龍峰 三好 由純 大山 伸一郎 尾崎 光紀 塩川 和夫 栗田 怜

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JpGU-AGU Joint Meeting 2020

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2020-03-13

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国際宇宙ステーション(International Space Station: ISS)に搭載されたデジタル一眼レフカメラ(デジカメ)を用いて、オーロラの連続カラー画像が撮影されており、NASA のウェブサイトで公開されている。我々は、それらの画像の中でも、オーロラの高さ構造を同定できる地球をリム方向に撮影した画像を解析的研究に活用することを提案してきた [Nanjo et al., 2020, submitted]。ISS は約 90 分の周期で地球を周回しているため、MLT 方向に 4-5 時間程度のオーロラの大規模な構造をスナップショットとして観測することができる。大規模構造の一例として、オーロラオーバルの朝側領域において、輝度の高い領域が波を打ったような構造になるオメガバンドが広く知られている。これまでに、オーロラを真下/真上から撮影する様々な地上/衛星観測によりオメガ構造の西側(夜側)は東側(朝側)に対して輝度が高くなることが指摘されている [e.g. Opgenoorth et al., 1994; Amm et al., 2005]。しかし、これらの観測はオーロラを二次元的に捉えるため、高さ構造については明らかにされてこなかった。ISS のリム方向デジカメ観測では、オーロラを斜めに捉えているため、高さ構造を識別できる。その結果、いくつかの事例でオメガ構造の明るい領域の西端と暗い領域の境界線上に、南北方向に 300-600 km 伸びる高さ 200-300 km 程度の壁状のディスクリートオーロラ( “Great Wall” )が存在することがわかった。図に示す通り、Great Wall は、底部が緑色で、上部が赤色に発光する。また、Great Wall は南北半球で共通する現象であることもわかった。磁力線方向に伸びる赤と緑の発光は、広いエネルギー帯の電子が加速されていることを意味するが、これは Amm et al. (2005) の UV 観測で見積もられた降り込みエネルギーの 2-5 keV という狭い範囲の数値とは一致しないものである。これは、彼らが用いた観測機器の時空間分解能が低く、Great Wall の部分を切り分けることが難しかったためであると考えられる。また、オメガ構造の内部では、活発な脈動オーロラが観測されることが多いが、THEMIS 衛星との同時観測により、これらがコーラス波動との波動粒子相互作用により降り込む典型的な脈動オーロラであることがわかった。大会では、オメガ構造に現れる Great Wall を作る電子のエネルギー帯やそれらから示唆される磁気圏-電離圏結合系の電流系ついて議論を行う予定である。

著者

三反畑 修 綿田 辰吾 佐竹 健治 金森 博雄 Rivera Luis Zhan Zhongwen

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1. IntroductionAnomalous volcanic earthquakes repeatedly occurred about once every decade at submarine calderas near Torishima Island in Japan (Torishima earthquakes) [e.g. Fukao et al., 2018, Sci. Adv.] and near Curtis Island in New Zealand [Sandanbata et al., 2019, JpGU]. Despite their moderate seismic magnitudes Mw 5-6, the earthquakes generated disproportionately large tsunamis. Their moment tensors were dominated by non-double-couple (NDC) components. Considering their volcanic origin and efficient tsunami excitation, they are called as volcanic tsunami earthquakes. The mechanism of these events remains unresolved. Here, we present an overview of this project to determine the physical mechanism and characteristic features of these events. The details of kinematic source modeling will be presented by Sandanbata et al. in "Tsunami and tsunami forecast (H-DS08)" session.2. Physical mechanism inferred from kinematic source modelFrom the analyses of tsunamis and long-period seismic waves, we successfully constructed a kinematic source model of the 2015 Torishima earthquake (Fig.a). This model can explain quantitatively both tsunami and long-period seismic waves. The model consists of thrust slip on inwardly down-dipping ring faults extending partially along the rim and asymmetric opening and closing of a sub-caldera horizontal fault (Fig.b). In this model, thrust slip on a partial ring fault is caused by highly-pressurized magma inside a sill-like chamber below the caldera floor. This mechanism is similar to the trapdoor faulting observed geodetically at Sierra Negra caldera, Galápagos [e.g. Jónsson, 2009, Tectonophysics].3. Characteristic properties of long-period seismic excitationsWe next examine their long-period seismic excitations from this source. It is generally known from seismic excitation theory that the moment tensor components, Mrt and Mrp, and the volumetric change of a sill-like chamber at a shallow depth do not significantly contribute to seismic excitation [e.g. Kanamori & Given, 1981, PEPI]. In addition, the ring-fault slip partially eliminates its long-period seismic radiation due to cancellation of excitations from double-couple (DC) components from different portions of the ring fault [Ekström, 1994, EPSL]. These properties not only explain the NDC-type moment tensors of these events but also play an important role in the tsunami earthquake natures. The curved fault geometry focusing deformation just over the caldera also amplifies tsunamis.We demonstrate that the observable moment tensor components (other than Mrt and Mrp) reflect source geometries, arc length and orientation of the ring faults. The similarities of the observable source parameters of most of the recurrent volcanic tsunami earthquakes suggest that the trapdoor faulting repeated at an identical ring-fault geometry every decade. This implies that magma recharges into a shallow sub-caldera chamber, which leads to ring-fault ruptures repeating at least for the decades.4. ConclusionsWe propose a physical mechanism of volcanic tsunami earthquakes by constructing their kinematic source models. A similar mechanism is also suggested for the 2017 Curtis earthquake, although we do not refer to the details here. Our model provides new and first evidences of trapdoor faulting at submarine calderas. We also demonstrate that we can study remote active submarine volcanoes using far-field observations of tsunamis and long-period seismic waves from Mw 5-6 earthquakes.

著者

三反畑 修 綿田 辰吾 佐竹 健治 金森 博雄 Rivera Luis Zhan Zhongwen

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

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2020-03-13

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1. IntroductionAlmost every decade, volcanic tsunami earthquakes occurred at a submarine volcano named Smith Caldera near Torishima Island in Japan (Torishima earthquakes). These earthquakes generated disproportionately large tsunamis for their seismic magnitudes (Mw 5-6) [e.g. Fukao et al., 2018, Sci. Adv.]. In order to determine their physical mechanism, we constructed a kinematic source model based on analyses of tsunamis and long-period seismic waves. Here, we present the detail of kinematic source modeling of the 2015 Torishima earthquake. The overview of the project, including the physical mechanism, characteristic seismic properties, causes of tsunami earthquake nature and similarities of recurrent earthquakes, will be presented by Sandanbata et al. in "Active Volcanism (S-VC45)" session.2. Hypothetical fault systems inferred from initial sea-surface displacementWe started the kinematic source modeling of the 2015 Torishima earthquake by estimating the initial sea-surface displacement around Smith Caldera by the tsunami waveform inversion. We used tsunami waveforms recorded at ocean-bottom pressure gauges deployed in the southern oceanic region of Japan, such as a temporary array [Fukao et al., 2018], DONET, the Deep Sea Floor Observatory off Muroto Cape, and the DART system. We found (1) a large uplift concentrated just over the caldera floor, and (2) clear peripheral subsidence at least along the northern side of the rim structure.Based on the results, we hypothesized a sub-caldera fault system composed of ring and horizontal faults (Fig.a). In the following sections, we examine whether the hypothetical fault system explains both tsunami and long-period seismic records. We also investigate the detailed fault geometries employing multiple fault models with variable fault parameters (i.e. depth of the horizontal fault, dip angle and length of the ring fault).3. Inversion of tsunami waveforms for slip distributions of sub-caldera ring and horizontal faultsWe determined slip distributions on the sub-caldera ring and horizontal faults from the tsunami records by applying a new efficient technique for computing tsunami Green's functions from subfault slips. In most cases, inverted slip distributions consist of thrust slip on an inward-dipping ring fault and asymmetric opening and closing of a horizontal fault (Fig.a).The slip distributions on the multiple fault models accurately reproduce the tsunami records (Fig.b), indicating that these are plausible models for explaining tsunami excitation of the Torishima earthquake. However, if the ring fault extends to a horizontal fault lying at a depth of about 4 km below the caldera floor, slip direction of the ring fault becomes opposite between the upper and lower half portions, which we consider unrealistic. Hence, we believe that the horizontal fault lies at a shallower depth of approximately 2 km.4. Forward modeling of long-period seismic waves from slip distributionsFinally, we investigated the plausibility of the slip models by comparing long-period seismic records at the F-net and GSN stations with their synthetic waveforms. Among the slip models, one with a ring fault with a 75° dip angle extending along an approximately three-quarter portion of the rim structure can best reproduce the observed long-period seismic waves (Fig.c). The waveforms of horizontal components and overall amplitude are sensitive to dip angle and length of the ring fault, respectively. This helps us to constrain the detailed fault parameters well.5. ConclusionWe concluded that the slip model thus obtained can explain quantitatively both tsunami and long-period seismic records, and is a good kinematic source model of the 2015 Torishima volcanic tsunami earthquake. The source model consists of thrust slip on inwardly down-dipping ring fault extending partially along the rim and asymmetric opening and closing of a sub-caldera horizontal fault is attributed to the trapdoor faulting at the active submarine caldera.

著者

高下 裕章 芦 寿一郎 朴 進午 宮川 歩夢 矢部 優

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

巻号頁・発行日

2020-03-13

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浅部プレート境界断層領域は防災上重要な研究の新領域として注目されている。プレート沈み込み帯では、沈み込みに伴いプレート境界面が固着している領域で歪が蓄積され、それが一気にずれて歪を解放、境界面が滑ることで地震が発生する。そのため、固着が強い地震発生帯と呼ばれる深部領域が、沈み込み帯の中では主な研究対象であった。一方、固着が弱く非地震性の定常すべり領域と考えられてきた浅部領域は、歪を多く蓄積せず、巨大なすべりを一度に開放することがないとされてきたため、これまで注目される機会が少なかった。2011年の東北地方太平洋沖地震では、海溝軸付近で最大約60 mの巨大な変位が地震時に発生したことが明らかになり、浅部プレート境界断層の破壊に関する初の観測事例となった。この破壊によって、巨大な津波が東北地方沿岸部の広い地域に甚大な被害をもたらされた。科学掘削の結果から浅部領域における断層部は摩擦の低い物質で構成されていることが明らかになったが、それがその領域だけなのか、もしくは日本海溝全体が同様の特徴を持つのかはわかっていないそこで本研究では、浅部プレート境界断層の摩擦係数の詳細な分布を明らかにし、上記の課題を解決するために、まず既存の研究手法Critical taper model (CTM)を改善し、新たな解析手法を開発した。CTMは沈み込み帯のウェッジにおいて力学的な条件を説明するのに重要な手法であり、ウェッジ形状を示す斜面傾斜角αとデコルマ傾斜角βから、プレート境界断層の摩擦係数を計算することができる。ただし、摩擦係数分布を得て、沈み込み帯の力学条件を議論するには、βの値の取り扱いについて大きな注意が必要であった。ベータは基本的に反射法地震探査断面から得るものであるが、その深度処理がβの値に大きな影響を与えることから数kmのオーダーであればPSDMのように高精度な深度処理が行われたものを、より広範囲を対象とした場合は屈折法を組み合わせ正確な速度構造を得たものでなければ、比較という点で信頼性を保つことが難しかった。本研究では、CTMを精査したところ、βがプレート境界断層の摩擦係数の算出にほとんど影響を与えないことが明らかになった。つまり、摩擦は斜面傾斜角αのパラメータのみで計算できることが明らかになった。αはグローバルに存在する水深測量データからも得ることができる。本手法を改めて日本海溝で得られている水深測量データに適用し、浅部プレート境界断層における高密度な摩擦分布を適用したところ、2011年東北沖地震の地震時すべり分布が低摩擦セグメントに対応することを示した。つまり、地震時の滑りが浅部プレート境界断層の浅い部分に伝播した際に、低摩擦領域にそのすべりを拡大し、巨大な津波につながった可能性を考えた。また、現在グローバルに摩擦分布を算出する手法を開発しており、その一部を紹介する。

著者

横山 友暉 廣野 哲朗 小笠原 宏 石川 剛志

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

巻号頁・発行日

2020-03-13

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本研究では、断層掘削プロジェクトのひとつであるICDP DSeisに参加し、回収された断層岩試料およびその母岩の物質科学的特徴について、多角的な分析・実験を実施した。 Moab鉱山の地下2.9 kmからM5.5 Orkney地震の余震発生域に向けて掘削が行われ、断層および付近の母岩のコア試料の回収に成功した。回収されたコア試料は、浅部よりRoodepoort層・Crown層・Babrosco層と区分され、Crown層の貫入岩に断層が位置している。本研究にて分析を実施するため、断層および母岩より計50箇所の試料を採取した。 X線回折による鉱物組成定量の結果、断層が位置する貫入岩は主に滑石・黒雲母・角閃石(透閃石)・方解石で構成され、周囲の母岩は主に石英・長石・緑泥石で構成される。また、蛍光X線分析の結果、断層ではMg・Feに富み、周囲の岩石とは著しく異なる元素組成を示す。一方で、顕微鏡による観察の結果、断層では明瞭な葉状構造が観察された。断層を含む貫入岩は強い変質を示し、原岩(火成岩)としての組織を保持していない。しかし、鉱物組成・元素組成を考慮すると、その原岩はランプロファイアであると考えられる。また、二軸摩擦試験機を用いたせん断実験の結果、母岩の摩擦係数は0.68–0.75であるのに対し、断層では0.54と低い値を示す。 以上の分析・観察・測定結果から、M5.5を引き起こした断層が摩擦強度の著しく低い滑石を多く含むため、広域のテクトニックな力によりランプロファイア沿いに応力が集中し、地震の発生につながったと考えられる。一方で、滑石はランプロファイアには不均質に分布しているため、断層沿いの摩擦強度にはムラがあり、それが地震の規模(破壊域の面積)に影響している可能性がある。 なお本研究および本プロジェクトは、ICDP、JSPS Core-to-Core Proram、高知大学海洋コア総合研究センター共同利用・共同研究ほかのサポートを受けて、実施された。

著者

鈴木 大介 赤池 優斗

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

巻号頁・発行日

2020-07-04

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1.背景本研究の目的はつむじ風が発達・消滅する条件をアナログ実験により明らかにすることである。そのため、人工的につむじ風様の鉛直渦を発生させる装置の製作を行った。つむじ風は晴れた日の日中に突発的に発生する強い鉛直渦であり、テントが飛ばされるなどの被害が時々報告される。私たちは、なぜそのような強い渦が突発的に発生し、そして消滅するのか疑問に思った。現在、つむじ風の発生メカニズムについての研究は数値シミュレーションにより行われている。しかし、数値シミュレーションは想定した条件下でのパラメータ探索が容易な一方で,地表面摩擦の影響や乱流といった微細な構造を取り入れることは難しい。そこで、私たちは、より細かな構造や擾乱を容易に入れられる、アナログ実験を行うことにした。環境条件をコントロールしながら人工的につむじ風を作り出し、つむじ風の構成パラメータを定量的に評価することで、数値シミュレーションでは知りえなかった性質を発見できることを期待して本研究を開始した。2.研究の手法 つむじ風の発生メカニズムに関する先行研究を参考に、つむじ風が発生しやすいとされる環境を再現する、すなわち上昇気流に角運動量を与え、つむじ風のような鉛直渦を発生させる装置を製作する。ホットプレートで地表面(水)を加熱し上昇気流を発生させ、円筒状の網を回転させることで流入する気流に角運動量を与える装置を考案した。水を加熱するのは湯気を発生させてつむじ風を可視化するためである。さらにこの湯気にシート状のレーザー光を当てることで、任意の渦の断面を定量的に計測できるように工夫した。またビデオカメラを用いて、撮影した渦の画像から渦の大きさを求める方法を確立した。この装置を用いて与える角運動量を変化させたときの渦の直径の変化及び渦の内部の温度分布を計測した。3.結果と考察地表面温度を一定にしたまま、与える角運動量を大きくすると渦の直径は増加した。渦の内部は周辺部よりも高温となっており、渦直径が小さいときのほうが温度差は顕著であった。また中心部の鉛直方向の温度傾度は渦直径が大きい、つまり与える角運動量が大きいときのほうが顕著であった。このように、つむじ風は地表面の熱の効率的な輸送を担っているようである。中心部が周囲より高温になるのは、つむじ風の中心向きの気圧傾度力により地表面付近の高温の空気が集められるためであり、中心向きの大きな気圧傾度力は、中心付近が高温である結果であると考える。しかしながら、つむじ風の形成初期に、なぜ中心向きの大きな気圧傾度力が生まれるのかについて、明快な答えを得ることはできなかった。今後、地表面の温度分布や与える角運動量、微細な地表面構造などのコントロールを行いながらつむじ風を構成するパラメータを定量し、渦動粘性係数を用いた実際のつむじ風と実験装置のスケーリングを経ることで、つむじ風の発生消滅の条件を明らかにできるのではないかと考えている。4.謝辞 本研究をするにあたってご指導いただいた静岡大学理学部地球科学科の生田領野准教授、様々な支援をしていただいた静岡大学FSS事務局の皆様に感謝申し上げます。5.参考文献 ・伊藤純至、(平成29年)、塵旋風の発生・発達機構と強風、日本風工学会誌第42巻第1号 ・新野宏、(2009)、竜巻と塵旋風-大気の激しい渦の理解の現状と課題、第58回理論応用力学講演会 https://doi.org/10.11345/japannctam.58.0.2.0

著者

田畑 陽彩 高橋 侑希 井上 絢音 竹山 悠斗 真野 航輔 山野 莉緒

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

巻号頁・発行日

2020-07-04

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【はじめに】ため池は雨水や河川水を貯め、稲作灌漑に利用されてきた。また、生物の生息場所の保全、地域の憩いの場を提供するなど多面的機能を果たしている。しかし、農家数の減少により灌漑用途としてのため池使用は減少し、管理が行き届いていないため池が増加している。このようにため池の管理が行き届かなくなると、水が長期間滞留することから水質悪化が懸念される。水質悪化を避けるため、多くのため池で伝統的におこなわれてきた「池干し」が見直されている。池干しとは、ため池において水利用の少ない冬期に一定期間水を抜き、底泥を乾燥させることである。そして、富栄養化した水の排出、底泥の洗い流し、栄養塩類の溶出抑制などにより水質改善が見込める。しかし、その水質改善についての詳細なメカニズムは不明な点が多い。これは、池干しによる有機物分解等の作用の違いを実験的に作り出すのが難しいからである。そこで私たちは、池干し下にある底泥を採取し、実態に即して検討することにした。具体的には、何十年も池干しをおこなっていない池と、毎年おこなっている池を選定し、リン循環の周年変化を比較し、違いを考察する。【実験結果】本研究では、加古川市東部の台地上にあり、市街地化も同程度と立地環境が似ている2つの池を選定した。池干しをおこなっていない池が源太池、おこなっている池が新川池である(図1)。まず、この 2 つの池において底泥の堆積構造を調べ、サンプリングをおこなった(図2・3)。 実験1では、サンプルを天日干しして水分を除いた後、電気炉を用いて強熱減量(有機物量)を求めた。その結果、有機物量は源太池で平均 15.7%、新川池では 13.0%となった(図4)。これは t 検定では有意差である。 実験2では、モリブデン青法を測定原理とする試薬と吸光光度計とを使って、全リンと溶存態リンの溶出濃度を測定した。全リンについてはオートクレーブを使用している。実験開始後 25 日目における溶出濃度をみると、新川池の方が全リン・溶存態リンともに溶出が抑制されている(抑制率は順に 82.1%、55.5%)ことから、池干しの効果が大きいと考えられる(図5・6)。 全リンは有機態リンも含んでおり、源太池に有機物が多く含まれているという実験1の結果と整合する。【考察】以上の結果に基づき、池干しをおこなう新川池のリン循環モデルを作成した(図7)。①池干し前の湛水期は、水中の有機態リンが溶存酸素用いた微生物の活動で異化され、無機態リンとなる。底泥に含まれている Fe2+イオンが溶出して、酸化・水酸化反応により水酸化鉄に、PO43-イオンは水酸化鉄との吸着反応により沈降する。嫌気状態で還元が起き、リン酸イオンが溶出する。このリン酸イオンが植物プランクトンの栄養分となり、有機態リンに変わる。② 池干しをおこない底泥が空気にさらされると、好気性微生物が活動し有機物が分解される。③その後、新たに溶存酸素を多く含む水が流入してくる。起こる反応は池干し前の湛水期と同じであるが、溶存酸素をより多く含むため有機態リンから無機態リンへの異化、リン酸イオンの水酸化鉄との 吸着・沈殿がより活発になる。また、新たな溶存酸素を多く含む水が流入してくることで水中の溶存酸素量が増えるだけでなく、池干し期間中に換気によって有機物の分解が既に起きているので、水中の溶存酸素消費量が減り溶存酸素量の低下が抑制される。溶存酸素量は池干しをおこなっていない池よりも多くなり、有機態リンから無機態リンへの異化が進みやすい。 このように、①から③を一年かけて繰り返す。池干しをおこなうことで溶存酸素量が増え、結果的にリンが多く流入しても富栄養化を防ぐ作用が働くため、水質改善の効果を示す。底泥は沈殿したリンを保持する役割を果たしている。【おわりに】池干しによる水質改善効果について、リンの周年的循環に注目し、その解明に取り組んだ結果、池干しによって単に溜まっていた水が酸素を多く含んだ水に入れ替わることで水質が改善されるだけではなく、換気により水質悪化の原因の一つである硫化水素の発生も抑制し、その後しばらくの間抑制効果が持続するということが分かった。

著者

小菅 正裕

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

巻号頁・発行日

2020-03-13

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sP phase is an S to P converted waves at the ocean bottom or sea surface. Some researchers have used this phase from the offshore earthquakes in northeastern Japan to improve the depth accuracy of the earthquakes. However, the wavefield and propagation characteristics of this phase have not been well studied. Here I examined the characteristics by applying some simple visualization techniques and 3D wave propagation simulation. One technique is the simulated broadening of seismograms from the Hi-net network by correcting for the characteristics of the short-period seismometers. This correction enables us to investigate seismogram's lower frequency components that are less sensitive to short-wavelength heterogeneities in the lithosphere. The other technique is the visualization of low-pass filtered and auto-gain-controlled seismograms as wiggle traces. Thus, we can easily trace some converted phases on the paste-up seismograms. A comparison of simulated and observed seismograms is also quite useful to investigate the origin of converted waves. I used OpenSWPC code and velocity and attenuation structure based on the JIVSM model. I applied these techniques to some inter-plate earthquakes that occurred offshore Miyagi prefecture in northeastern Japan. I could identify both pP and sP phases from almost all examined earthquakes. These phases appear as a continuous phase on paste-up seismograms as far as 400 km epicentral distance. The time difference between these waves and P-waves varies with the source location, reflecting the depth difference between the earthquake and ocean bottom. Since the converted waves appear as continuous wave packets crossing station network, picking of arrival times from limited time bands determined from the paste-up records can improve the data accuracy, and hence the location accuracy. The use of pP phase together with sP phase will provide a new method to improve the depth accuracy of offshore earthquakes, which is important to investigate the seismicity in the period before the operation of the S-net, the ocean-bottom seismometer network covering offshore from Hokkaido to Kanto district.

著者

黒澤 駿斗 市川 大翔

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

巻号頁・発行日

2020-07-04

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地面は様々な物質で構成されている。同等の熱を加えたときに温度の上がり方・下がり方はそれぞれ異なる。温度を測るときには直接地面に刺して計測が難しいため放射温度計を用いて似た条件で複数回計測する必要がある。日差しが強い日になるとアスファルトと土の上では温度は大きく変わる。そのため同じ熱が当たっていても、土壌や地面の成分によって温度の上がり方は大きく異なる。このことから地面を構成している様々な物質にはそれぞれ比熱の違いがあると考えられるため放射温度計(SATO社SK-8940)を使い調査した。調べるための方法としては季節や時間を変えて、放射温度計で地面の温度を計測した。季節は昨年11月から今年4月にかけて、計測した時間帯は午前中の地温上昇がみられる時間帯に、約1日2回時間,30分から2時間ほどの間隔で行った。ここで注意すべき点としては、気温を下げる要因としての風の強さ、日陰の位置変化である。放射温度計は計測面積を十分にとるため地面から1m離して計測した。距離D:測定直径S=10:1の放射温度計を使用したためD=1mの場合、計測面積は78.5cm2と見積ることができる。土壌は、アスファルト、植生あり・なしでの地面の違いで計測した。熱容量の計算方法は受熱量Q(J)/上昇温度T(K)で考え,熱容量の比を比較したところ以下のようになった(比であるのは現在、厳密な測定面積の確定ができていないため)。【熱容量比】1例目 4月7日 草地:砂:レンガ≒0.714 :0.357:0.6672例目 4月9日 草地:砂:レンガ:土:アスファルト≒0.133:0.120:0.106:0.833:0.1123例目 4月11日 草地:砂:レンガ:土:アスファルト≒0.166:1.428:0.175:0.116:0.219データには考慮すべき誤差があるが全体の傾向として熱容量は 1例目 草地>レンガ>砂 2例目 土>草地>砂>アスファルト>レンガ 3例目 砂>レンガ>アスファルト>草地>土となった。ここからいえることとしては、アスファルトとレンガは熱容量の差が小さく外的要因による影響が少ないが、逆に草地、砂、土は熱容量の差が大きいため、風などの外的要因に影響されているのではないかと考えた。植生のある土壌の熱容量、ひいては比熱をもとめるにはさらに安定した条件で測定することが求められるであろう。この安定した測定には何が必要か、議論をしたい。

著者

田中 陽登 馬場 光希 浜島 悠哉

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

巻号頁・発行日

2020-07-04

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研究背景・目的本校天文気象部では、約70年前より百葉箱による気象観測(1日2回、気温・気圧・湿度・風速・雨量・視程観測等)が続けられてきた。1995年以降は欠測が増えたが、2007年には自動観測装置を導入し、視程以外の観測を再開させた。2018年には目視による視程観測を再開したが、毎日同じ時間に屋上に出て観測することが難しく、過去に比較して欠測が非常に増えた。本研究では、この問題を解決するために、コンピュータ制御したカメラで定時に対象を撮影することによる新たな観測方法を開発した。カメラを使うことで観測者の視力の影響を無くすことも可能となる。自動観測装置の製作・設置都心方面のより多くの目標物を見渡せる場所として5回の屋上を選択し、手すりに土台を取り付けて観測装置を固定した。容器は粉塵や風雨から機器を守るためにアルミシートで覆った密閉型のケースを作り、電源供給のため屋外用の電源コードとLANケーブルを室内から繋げるよう工作した。観測装置は、一眼レフカメラと、カメラを制御するためのRaspberry Piで構成した。プログラムは、定時に写真を撮影し、撮影画像を自動的にGoogleドライブにアップロードする命令をPythonで記述した。さらに、スマートフォンによる操作で撮影ができるようにし、その時の空の様子や視程の具合を確認できるよう、Slackを通じて観測装置をコントロールするプログラムも作成した。観測方法と結果観測を自動で行うために、カメラの適正な露出や感度など、撮影する際の設定をあらかじめ決める必要がある。同一のタイミングで撮影設定の異なる数枚の写真を撮り、露出が適正である写真を選ぶ作業を繰り返して、設定を決めた。焦点距離は150mmに固定し、1回の観測で3種類の撮影設定を定めた。36㎞先のスカイツリーや25㎞先の新宿のビル群について、同時刻の目視観測の結果とカメラの撮影画像の結果を比較したところ、目視観測で視認できたものは3種の撮影画像でも確認でき、目視とカメラで観測結果に差はないことがわかった。目視と画像にょる識別の差については更に観測を増やして検討する必要がある。考察今回の自動観測で得られたデータと先行研究の1950~60年代の同時期(冬)のデータと比較してみると、現在のほうが、格段に視程がよくなっている。かつては視程が4km未満の日が多くあり、先行研究では冬の朝もやや大気汚染が視程の悪さの要因となっていると言及していたが、現在は天気により視程が悪い時でも4km先まで見通せており、朝もやが出現することはほとんどなかった。今後は更に、視程と天候、及び季節、黄砂や大気汚染との関係をより詳しく調査していく。

著者

島村 泉里

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

巻号頁・発行日

2020-07-04

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空気抵抗の大きさを求める1つの要因に抵抗係数というものがあげられる。しかし、現在抵抗係数は実験から得る以外の方法で数値をわり出すことはできていない。そこで、本研究対象である抵抗係数についての知見を得るため、最初に、形状の違いによる空気抵抗の大きさの変化を、地上15.75m(本校5階)から物体を落下させることにより比較した。実験1として体積の等しい「立方体・四角錐・円錐・球」の4種類(表1)を木材から切り出し、落下させた。しかし、物体の形状の種類と実験数が不足していたこと、更に使用した木材の密度が一定ではなく形状が不精密であったこと、そして落下時に水平方向の軸を中心とする回転をしてしまったことにより結果が不正確であった。これらの点を克服するため、実験2として実験1と同様に体積の等しい「球・円錐・四角錐・円柱・直方体・立方体」の6種類(表1)の物体を3Dプリンターを用いて作成した(フィラメントとしてPLA樹脂を使用し、後述の実験3も同様である)。そのうえで物体の中心に穴をあけナイロン製のヒモを通すことによって回転を抑えた。実験1,2から、前面の形状が球形の時最も抵抗が小さく、次いで錐形、そして平面の順に大きくなるという結果を得ることができた。 角錐と円錐間・立方体と直方体間では共に、落下にかかる時間の差は前面投影面積の差以外による影響は極めて小さいと判断できた。この結果は、高等学校や大学等で用いられる力学や流体力学の参考書等に記載されている抵抗係数から算出できる抵抗の値の大小関係と一致する。また、実験2において落下をさせた6種類の形状のうち、双方とも先端は球形ではあるものの飛行機や新幹線等の先端等、日常生活の中で最も利用頻度が高く、形状のパターンを複数作成することが容易である円錐に焦点を当てた。そこで、頂角の大小変化に伴う抵抗係数の変化を「静止した物体に流体を当てる方法」、「終端速度から抵抗係数を求める方法」による2つの実験(それぞれ実験3,4とする)からそれぞれ算出する。実験3では3Dプリンターを用いて作成した中心角(頂角の半分)の異なる8種類(表2)の物体をそれぞればねばかりで吊るし、物体より一定距離離した位置から水を自由落下させ、その際物体にかかった圧力 をグラム重単位で物体にかかる力を計測し、そこから圧力を算出した。実験結果から抵抗係数を算出し、中心角の変化と対応するグラフを作成した(図1)。図1では中心角の増加に伴い抵抗係数(Cd)が指数関数的に増加する曲線に近似した。また、実験にて得られた抵抗係数を関数表示ソフト(FunctionView Ver 6.02)上に表示し 、近似する関数を推定し次の式を得ることができた。(θは中心角の大きさ(rad)を表す)Cd=0.36+1.2exp[4.2{θ-(π/2)}]この関数は指数関数であるため実際に使用する際の代入計算が煩雑であり、近似式の確度の確認がとれていない。計算の煩雑さを軽減し、標準偏差を用いてより確度の高い式の推定を行うために、対数を取り1次近似を行う。また、実験3で得られた抵抗係数の値は上記の参考書等に記載されている値よりも低い値となっていた。この原因としては落下させた水の出水口の面積が物体の前面投影面積よりも小さくなってしまったことや、流体の中で物体が移動する場合と停止した物体に流体を当てた場合では、かかる力に変化があるのではないかと考えられる。そのため、水中で物体を落下させる実験の実施を検討している。円錐に焦点を当てた次の実験4として、厚さが一様なコピー用紙(PPC用紙)を用いて頂角の異なる錐形(底面なし)を作成し、可能な限り同じ環境で(著者宅内同地点にて)地上2.5mの高さから落下をさせ、終端速度に確実に達している地上2.0m地点から着地までにかかった時間を計測する。計測した時間から終端速度を算出し、抵抗係数を求める。頂角が大きくなると抵抗を受け、まっすぐ落下させることが困難になっていくため、指向性を持たせるために先端に落下速度に影響しない適度な重量のおもりをつけることによって安定を図る。実験4 でも実験3と同様に算出した抵抗係数と頂角の変化を対応させたグラフを作成し、関数ソフトにて近似するグラフの推定を行う。本研究では実験から求めることしかできない抵抗係数を数式によって算出できるようにすることを目標としている。

著者

Masayuki Nakayama Hironori Kawakata Shiro Hirano Issei Doi

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

巻号頁・発行日

2020-03-13

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It is still vailed how elastic waves propagate in partially water-saturated unconsolidated media. Barrière et al. (2012, GJI) detected changes in amplitude and propagation velocity of transmitted waves through a 1-m long sand soil during water injection and drainage. However, the transmitted waves may not be stable, because they are generated by hitting a steel ball to granite plate. Also, the frequency band they analyzed was limited within 1.6-1.8 kHz. It is necessary to improve the experimental setup to estimate the spatial variations of the medium changes or to utilize the later phases of the transmitted waves, for example, reflection phases which are generated at the boundaries between the solid-fluid or fluid-fluid phases. In this study, we realized a system where we adopted a reproducible source (hereinafter, referred to as a shaker) and used a signal with a higher and broader frequency band of about an octave range in several ten kilohertz so that the wavelengths were longer than path lengths. In order to demonstrate the utility of our developed system, we here evaluated the stability of transmitted waves through a sand soil under dry or saturated conditions.We made a sand soil with the thickness of about 100 mm in a container (375 L×255 W×235 H mm3), which consisted of a permeable part (Wet part) and two impermeable parts (Impervious part and Dry part). We installed the shaker into Dry part to prevent change in the coupling between the shaker and the sand. 5 accelerometers were installed in the sand soil: one (ACref) was in the vicinity of the shaker as a reference, and the others (AC1-4) were aligned horizontally in Wet part. We designed a linear sweep signal from 1 kHz to 50 kHz as a transmitting signal. The transmitted waves were recorded at the sampling rate of 204.8 kHz, and we obtained hourly stacked waveforms. 4 Soil moisture meters were also installed to monitor water contents in the sand soil.We successfully recorded the transmitted waves at all of the accelerometers with high signal to noise ratio for the frequencies of the sweep signal. The fluctuations of spectral amplitude and phase for ACref were within ±0.5%, ±0.04 rad under both dry and saturated conditions, respectively. This shows that we succeeded in stably radiating the elastic waves from the source. Similarly, the fluctuations of spectral amplitude and phase for AC1-4 were within ±20%, ±0.2 rad under both dry and saturated conditions, respectively. According to the results of Barrière et al. (2012), the expected changes in amplitude and velocity may become about 5% and 15% during saturation or drying, respectively. Their observed velocity became lower than about 160 m/s, therefore, velocity change corresponding to our phase change become at most ~2% for analyzed frequencies. Therefore, these results suggested that our system enables us to sufficiently detect changes in amplitude and propagation velocity of transmitted waves through an unconsolidated porous medium while the degree of fluid saturation or water level changes.

著者

山下 太 福山 英一 下田 晃嘉 渡辺 俊

雑誌

JpGU-AGU Joint Meeting 2020

巻号頁・発行日

2020-03-13

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National Research Institute for Earth Science and Disaster Resilience (NIED) has been conducting friction experiments with meter-scale rock specimens using a large-scale shaking table. We have presented a result that the work rate at which the meter-scale rock friction starts to decrease is one order of magnitude smaller work rate than that of the centimeter-scale one (Yamashita et al., 2015, Nature). Mechanical, visual and material observations suggested that the difference of frictional properties between centimeter and meter scale is caused by slip-evolved heterogeneous stress concentration on gouge bumps generated with the frictional slip. We confirmed that numerical simulation based on the observations is fully consistent with the experimental results. However, it should be noted that the natural fault zone generally involves gouge layer in it. Therefore, it is crucial to investigate which the scale dependence of frictional property can be seen or not under such a condition. To answer this question, we conducted meter-scale gouge friction experiments using the large-scale shaking table. We used metagabbro blocks from India as driver blocks. The contacting area was 1.5 m long and 0.1 m wide. As the simulated gouge, we ground metagabbro blocks by the jet mill, so that the average diameter of the gouge particle is approximately 10 μm and the maximum diameter of that is less than 200 μm. We roughened the fault surface by sandblasting after polishing the surface so that the fault surface can grip the gouge particles. We distributed the simulated gouge with a thickness of 3 mm on the fault and then sheared at a constant or step-change velocity after applying normal stress up to 6.7 MPa at maximum. We will present basic experimental results at the meeting.