共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 X線ラウエ法による氷結晶組織解析
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 北大高等教育推進機構
研究代表者／職名 特定専門職員
研究代表者／氏名 宮本淳

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

研究目的 本研究課題は，低温科学研究所に既設されている研究代表者が開発したX線ラウエ法を利用した半自動化された氷結晶方位解析装置を用い，氷床コアや凍土中の氷結晶の結晶方位分布を明らかにすることを目的としている。本装置のこれまでにない高結晶方位測定精度，高測定空間分解能，c軸方位以外のあらゆる結晶方位を測定可能という特長を活かし，氷結晶の微細構造に関して国内外における共同研究を推進する。
　　
研究内容・成果 本共同研究の内容および成果は，次の3つである。
1．亜結晶境界間の結晶方位測定
本研究はドイツ，アルフレッド・ウェーゲナー極地海洋研究所（Ilka Weikusat研究員）と共同で進めている。主に南極EDMLコアを用いた実験結果をもとに解析を進め，以下のことが明らかになった。1）粒界移動による再結晶と核生成を伴う再結晶は，すべての深度範囲において均等に起きている。2）亜結晶境界間の方位角度差は 0.5 から 5 度である。3）最大亜結晶境界間の方位角度差は，亜結晶境界が氷結晶基底面に対して鉛直で1つのa軸を軸にした回転の場合に見られた。4）亜結晶境界の粒界エネルギーは 3 から 90 mJm-2であった。4）最大粒界エネルギーは，亜結晶境界が氷結晶基底面に対して平行で1つのa軸を軸にした回転の場合に見られ，それは亜結晶境界間の方位角度差が最大の時とは一致しなかった。本成果は国際会議で発表した。
2．凍土中の氷結晶（析出氷）の結晶方位測定
昨年度から引き続き，帯広畜産大学（武田一夫教授）との共同研究により，土の凍結に伴う析出氷の結晶方位測定を行った。用いる土粒子，載荷重，成長時の温度勾配のパラメータを変化させ，成長した析出氷の結晶c軸方位を調べた。その結果，載荷重によって結晶方位分布が変化する土粒子と，ほぼ変化しない土粒子が存在することが明らかになった。結晶方位が変化する場合は，その載荷重が大きい時ほど荷重方向に平行に分布するc軸が増える傾向にあるが，変化しない場合は氷結晶の方位変化以外に荷重を支えるメカニズムが存在することを示唆している。本結果は，雪氷研究大会にて発表し，平成23年度帯広畜産大学卒業論文（「土の凍結に伴う析出氷の結晶構造に及ぼす荷重の影響」藤島諒司）としてまとめられた。
3．氷床コア氷結晶の微細構造
本研究は北見工業大学（堀彰准教授）との共同研究として進めている。氷床深部の氷体は数10万年にわたる年月を経た氷であり，通常の氷とは異なる構造を持つ可能性がある。本研究では掘削後間もないグリーンランドNEEMコアを用いて，X線回折法により格子定数を測定した。その結果，格子定数はa軸，c軸ともに人工単結晶氷よりも大きくなる傾向があることがわかった。また，NEEMコア2750.7 m の結晶方位分布はc軸が単極大型であり，a軸方位も同じ方向に揃う傾向があることが明らかになった。このような分布は南極ドームふじコアの深部など，氷床深部の氷体に共通して見られた結晶方位分布であるが，NEEMコアにおいては初めての発見である。
　　
成果となる論文・学会発表等 I. Weikusat， A. Miyamoto， et al. Ice microstructure in Antarctic deep drilling samples (EDML): Cryogenic EBSD， X-ray Laue diffraction and optical microscopy， Ice deformation conference 2011， 9 Nov. 2011.
武田一夫， 宮本淳．土の凍結に伴う析出氷の結晶構造の特性．雪氷研究大会（2011・長岡），2011年9月22日．