共同研究報告書
| 研究区分 | 一般研究 |
|
研究課題 |
雪の構造変化過程と誘電的・力学的性質の温度特性 |
| 研究代表者／所属 | 北陸大薬 |
| 研究代表者／職名 | 講師 |
| 研究代表者／氏名 | 竹井巖 |
| 研究分担者／氏名／所属／職名 | |||
|
氏 名
|
所 属
|
職 名
|
|
|
1 |
前野紀一 | 北大低温研 | |
| 研究目的 | 融点近傍での雪の構造変化過程の実態を、誘電的および力学的手法を用いて明らかにするすることが本研究テーマの目的である。特にここでは、雪の誘電的性質と弾性的性質において実験的に得られた結果から、雪粒子の結合状態について解釈を試みた。 |
| 研究内容・成果 | 雪試料の誘電的・力学的性質の焼鈍効果を調べると、時間とともに低周波電気伝導度や分散強度、および、振動伝播速度や弾性定数のヤング率の増加が観察される。雪の焼鈍では氷粒子間結合の成長が起こるので、雪試料の誘電的および力学的性質には、氷粒子間の結合状態が重要な役割を果たしていることがわかる。 雪試料の誘電的性質の温度特性では、融点近傍における低周波電気伝導度のピーク現象（図1、融点に近づくにつれて伝導度が減少する）が観察されている。そのピーク現象の原因を解明するための手がかりを得るために、高周波誘電率と弾性定数のポワソン比の温度特性を検討した。 氷の高周波誘電率は一般に温度上昇とともに減少するが、雪試料の高周波誘電率はピーク温度付近の融点近傍で増加に転じることが観察される（図2）。これは、液体の水が雪試料に生じた場合に期待される現象で、図示した雪試料の荒い見積もりでは、-0.1℃で0.25％の含水率に対応する程度の増加量である。 一方、雪試料のポワソン比の温度特性（図3）では、-0.6℃付近以下ではほぼ一定値を示すが、-0.6℃以上では融点に近づくにつれて急激に減少することが観察される。この現象の物理的意味は、融点付近での氷粒子間すべりの可能性を示唆する。 従って、雪試料の氷粒子間結合の境界部分で、融点近傍では前駆的融解(pre-melting)が生じているものと結論される。このことは、雪試料の氷粒子は一般に単結晶であり、粒子間結合面は結晶格子の不整合によるエネルギーの高い状態にあると予想されるので、充分あり得ることである。雪試料の融点近傍における伝導度のピーク現象は、この粒子境界での前駆的融解が関与している可能性がある。 I. TAKEI and N. MAENO “Dielectric and mechanical alterations of snow properties near the melting temperature”， Can. J. Phys.， 81(1/2)， 233-239 (2003). 竹井巖『雪試料の誘電的性質における経時変化と温度特性』雪氷、65(5)， 511-522 (2003). I. TAKEI and N. MAENO “Mechanical vibration responses of snow samples near the melting temperature”， J. Glaciol.， 38， in print. |