共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 永久凍土地下氷の物理化学解析：エドマの構造および形成過程解明に向けて
新規・継続の別 継続（平成27年度から）
研究代表者／所属 北見工業大学
研究代表者／職名 助教
研究代表者／氏名 大野浩

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 南尚嗣 北見工業大学 教授

2

 八久保晶弘 北見工業大学 教授

3

 堀彰 北見工業大学 准教授

4

 内田昌男 国立環境研究所 主任研究員

5

 岩花剛 アラスカ大学 研究員

6

 曽根敏雄 北大低温研

7

 飯塚芳徳 北大低温研

研究目的 研究目的
北極圏永久凍土地帯には，エドマと呼ばれる極端に含氷率の高い堆積層が，地表部分に広域にわたって発達している．
永久凍土の融解が引き起こす今後の環境変化を予測したり，エドマ試料から抽出した古気候情報を正確に解読したりするためには，先ずエドマ層の基本的な性状や由来を理解する必要がある．しかしながら，エドマの主要構成要素にも関わらず，地下氷の構造に関する研究は，その他の堆積物（土壌）に対する調査に比べて限定的である．
本研究では，実験室ベースで永久凍土地下氷の精密な構造解析を行い，実験で明らかになった氷の結晶学的・物理化学的な特徴からエドマ層の形成プロセスや履歴を推定することを目的とする．
図1　アラスカ産永久凍土地下氷における，典型的なX線ロッキング・カーブ．　　
研究内容・成果 研究内容・成果
1．方法
アメリカ・アラスカ州の永久凍土地帯で採取された地下氷塊に対して， X線回折実験を行った．
回折X線のロッキング・カーブ測定を行い，その線幅から氷試料に含まれる欠陥（転位）の密度を見積もった（図1）．
2．結果と考察
前年度に，フェアバンクス近郊の永久凍土トンネル（CRREL's Permafrost Tunnel）で採取された縞状氷（アイスウェッジ）に対して，結晶転位密度の予備的測定を行ったところ，転位密度が10^10～10^11 (1/m^2)で，氷河氷のそれと同程度のオーダーであったことから，縞状氷が相当な変形を経験していると結論付けた．この結果を受けて，今年度は以下の観点で追加測定を行った．①同一のアイスウェッジ氷体内でも，部位によって転位密度が異なるのか？②アイスウェッジ起源ではないと予想される地下氷塊の場合，どの程度の転位密度が含まれるのか？
CRREL's Permafrost Tunnel内で観察された典型的なアイスウェッジ（幅約1.5m）において，その中央部と側方端で転位密度測定を行い，結果を比較した．地下氷塊の転位密度は，中央部で10^11 (1/m^2)程度，側方端でそれよりも一桁低い値であった．一般的に，アイスウェッジは中心部ほど年代が新しい（比較的遅くに形成された）と考えられるので，この事実は，地下氷形成後に結晶粒の成長（粒界の移動）に伴う転位の消滅（粒界の移動＋転位の合体）が生じ，その効果が年代の古さによって異なった（新しい氷ほど影響が小さかった）結果と解釈できる．
アイスウェッジと比較する目的で，アラスカ北部ノーススロープで採取された，デブリリッチな（礫が分散して混入している）永久凍土地下氷体に対して同様の測定を行った．デブリリッチ地下氷の転位密度は10^9 (1/m^2)程度で，アイスウェッジのそれと比べて1～2桁小さい値であった．この相対的に低い結晶転位密度は，当該試料の起源はスラッシュ雪崩であり，継続的な変形作用を受けなかったという予想を裏付けるものであった．
図1　アラスカ産永久凍土地下氷における，典型的なX線ロッキング・カーブ．　　
成果となる論文・学会発表等