共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 X線回折法による極地氷床コア氷の構造解析
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 北見工業大学
研究代表者／職名 准教授
研究代表者／氏名 堀彰

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 飯塚芳徳 北大低温研

研究目的 深層の氷床コアの氷は、数万年以上の長い時間スケールで氷床の流動に伴う塑性変形を受けており、氷結晶内に転位が導入される。氷床内部の物理的過程を理解するためには転位に関する情報は極めて重要であるが、南極氷床のように非常に多くの転位を含む結晶の場合は、従来のX線トポグラフ法で転位密度を求めることはできない。申請者らは、北海道大学低温科学研究所の低温仕様X線回折装置を利用して、南極の氷床コアのロッキング・カーブ測定を行い、その幅から深層コアの氷の転位密度を導出してきた。本研究では、X線回折測定により氷床コア氷の転位密度や格子定数測定を行い、その特徴を明らかにすることを目的とする。
　　
研究内容・成果 NEEMプロジェクトで掘削された北極グリーンランドの氷床コアのうち、深さ約2350mの試料の氷に対して、薄片試料の偏光解析、X線ラウエ法による結晶方位測定、X線回折法によるロッキング・カーブ測定、格子定数測定、逆格子マップ測定を行った。
1．偏光解析
　深さ方向を縦にして縦10cm、横3cmの試料薄片には約50個の結晶粒が含まれ、上から2cmから4cmの間はほぼ単一の粒子からなり、下から1cmの部分が粒径5mm以下の多数の結晶粒からなり、それ以外の部分は10mmから20mm程度の粒径の粒子が分布しており、層構造を形成していることが偏光解析の結果わかった。
2．ラウエ解析
　偏光解析により識別した各氷粒子の方位測定をX線ラウエ法で行った。結晶粒のほとんどについてc軸がコア軸方向に揃っていた。1．で述べた上から2cmから4cmの間単一の結晶粒についても同様であった。
3．格子定数測定
　薄片試料から3つの結晶粒を選び、格子定数測定を行ったところ、各粒子のc軸方向とは無関係に、a軸およびc軸の格子定数が実験室で作成した氷よりも大きかった。このことは、ドームふじ深層コアで得られたこれまでの結果と符合している。
4．ロッキング・カーブ測定
　格子定数測定を行った結晶粒に対して、ロッキング・カーブ測定を行った。ロッキング・カーブの形状は、結晶粒および反射面により大きく異なるが、ここでは1例として、大きな単一の粒子の(10-10)反射の場合について報告する。測定で得られたロッキング・カーブはほぼ単一のピークで比較的単純であったが、ガウス関数によるピークフィッティング解析の結果、少なくとも6個の成分に分解されることがわかった。主ピークは面積強度で全体の約70％を占め、その半値幅は0.0329°で、実験室で作製した単結晶氷の約10倍であった。これまでに測定したドームふじコアやVostokコアよりも大きな値で、多くの転位が含まれていると考えられる。これは、グリーンランドのNEEM掘削地点の気温が南極の掘削地点よりも高く、従って、氷温も高いため、氷床の流動による変形がより活発であったためと考えられる。
5．逆格子マップの測定
4．で述べたロッキング・カーブの広がりの原因が格子面間隔のばらつきによるものであるか確認するため逆格子マップ測定を行った。逆格子マップ図形の広がりは試料の回転角ω方向のみであり、格子面間隔方向（2θ/ω）の広がりはないことが確認できた。

　今回の測定から、グリーンランドのNEEMコアの氷は南極氷床コアと異なる特徴を持つ可能性が示唆された。今後は他のNEEMコア試料についても同様の測定を行う予定である。
　　
成果となる論文・学会発表等