岡山大学 理学部 地球科学科 研究紹介2023
岩石学
中村 大輔
野坂 俊夫
地震学
竹中 博士
地球情報学
隈元 崇
山川 純次
地球惑星内部物理学
浦川 啓
寺﨑 英紀
櫻井 萌
地球化学
井上 麻夕里
山下 勝行
大気科学
野沢 徹
道端 拓朗
惑星科学
はしもとじょーじ

准教授
准教授

変成岩岩石学
岩石学

教授

地球物理学，地震学，地震工学，地震防災教授
助教

サイスモテクトニクス，地理情報学
情報地質学，鉱物学

教授
教授
研究助教

高圧地球科学，鉱物物理
地球惑星内部物質科学
地球深部科学教授
准教授

地球化学，炭酸塩生物学，サンゴ年輪気候学
宇宙・地球化学教授
准教授

気象学，気候学，大気物物理学
雲物理学，気候変動学

教授

惑星科学

中村 大輔 准教授 変成岩岩石学
造山帯で起きている現象の解読造山帯とは過去の大陸と大陸の衝突帯や海洋プレートが沈み込む地帯に沿って発達した地質帯です。例えば、ヨー
ロッパ・アルプスは比較的新しい造山帯で、高い山脈が形成され、その山脈が現在も残っています（右上の写真）。
そのような造山帯を構成している岩石の多くは変成岩と呼ばれる岩石になり、エクロジャイトと呼ばれる高圧変成岩（右下の写真）も広く産出します。エクロジャイトは少なくとも１万気圧より高い圧力で安定化する岩石です。また、場所によってはコース石という約３万気圧以上の圧力で安定となる鉱物が含まれていたりします。そのような圧力は地下100kmの深さでようやく達成されます。広域的にそのような高圧変成岩が産することは、造山帯を構成している岩石が地下深部まで沈み込み、その後、地表まで戻ってきたことを意味しています。そのような地下深部物質が、どのようなメカニズムで地表まで戻ってくるのか謎です。
私はそのような岩石に含まれている鉱物の化学組成分析と熱力学を基本とした解析で、高圧変成岩が経験した温度圧力履歴を推定し、造山帯で起きている現象を少しずつ解読しようとしています。

ヨーロッパ・アルプスの写真（上）とカレドニア造山帯（ノルウェー）のエクロジャイト（下）．

野坂 俊夫 准教授 岩石学
海洋底の岩石と水の反応

海洋掘削船ちきゅう← 全長210m，高さ130mの，日本が誇る世界最大の掘削船。海底下7000mの海洋底は岩石圏と水圏の間の最大の境界層であり，岩石と水の化学反応が盛んに起きている場所です。
この反応が，日本などで多発する海溝型地震や火山活動，あるいは海底下数千mの岩盤中での微生物の繁殖など，地球上の様々な現象に深く関わっていることが，最近の研究によってわかってきました。
しかし「地球最後のフロンティア」とも言われる海洋底には，今なお多くの謎が残されています。たとえば，水はどのくらい深くまで岩石圏の内部に浸透しているのか？ そしてその最前線ではどのような反応が起きているのか？ などという基本的な疑問は未解決のまま残されています。

マントルに達する大深度掘削ができる。

古生代の海洋底＠静岡県清水港
古生代の海洋底にあった岩石が→大陸の衝突に伴って隆起し，いまは大草原の中に露出している。

＠中国内モンゴル賀根山
海洋下部「地殻の水の流路← 岩石と水の反応に伴う膨張によって細かな割れ目が生じ，これが新たな水の流路となって反応がさらに進行する。

流動するマントルの岩石

そのような疑問に対する答えを求めて，深海掘削プロジェクトに参加したり，陸上に露出した太古の海洋地殻・マントル岩の調査を行ったりしています。

顕微鏡写真

1 mm

硬い岩石も水と反応することで →柔らかくなり，地下深部の断層運動によってゆっくりと流動変形する。 顕微鏡写真

あなたも海洋底の謎に挑戦してみませんか？
詳しくは→ https://earth.desc.okayama-u.ac.jp/ja/research/staff_nozaka_02.html

1 mm

竹中 博士 教授 地震学
地震の波の科学
具体的には、現在以下のような研究を行っています。

2011年東北地方太平洋沖地震の地震波動シミュレーション．
下は発震後の時間．海底および地面の上下方向の揺れを可視化している．
赤と青は揺れの向きを表し，濃さは揺れの強さを表している．

・ローカルなスケールから地球全球にわたるグローバルなスケールまでの地震波動伝播シミュレーション
・波形記録から地震波の励起源である震源、伝える媒質である地下構造の性質を推定

30秒後

90秒後

150秒後

月震の地震波動シミュレーション．
波の伝わる様子を可視化している。赤がP波，緑がS波の波面．地表に沿って伝わる表面波も見える．

隈元 崇 教授 地震地質学
活断層の地震危険度評価
活断層から発生する地震の長期的な危険度評価を目的とした研究を行っています。そのために、まず、空中写真・衛星画像・デジタル標高モデルなど地形に関するデータをもとに変動地形を判読して活断層を抽出し、その位置や諸元に関するデータの取得と地理情報データベース化を行います。次に、活断層のデータを地震と結び付けるために、地震の規模と頻度の予測や地震発生の確率評価手法の検討を議論しています。その中では、右図に示すように、抽象的なモデルの定量的な評価手法の考案や、地理情報技術を応用した作業を行っています。これらの成果は、確率論的地震動予測地図の作成と高度化に寄与しています。また、地震発生時の地面の揺れまでを予測する強震動の研究分野
でも、活断層データを予測に活かすための震源断層モデル構築の手法開発といったテーマで協力しています。
こうした研究で明らかとなった成果を社会に生かすための活動として、文部科学省・地震調査研究推進本部で進められている地震動予測地図の作成や、原子力施設の耐震安全性評価の高度化に関わる研究会に参加して、陸域および海域の活断層を将来の地震と結び付ける研究に取り組んでいます。

活断層の進化・成熟モデル（Wesnousky, 1999を一部改変）をもとに、地質時間の中で活断層が長大で支配的な断層へ変化することを数式で表して、将来の大地震の規模予測の高度化を目指しています。

上から歴史地震の地震モーメント放出率、活断層の地震モーメント放出率、地震発生層の厚さ、ブーゲ重力異常の傾斜分布の図示。こうした地殻変動に関わるデータを統合して、地震の地域性を論じることで、将来の大地震の規模や頻度を検討しています。

山川 純次 助教 地球統計学
地球統計学とコンピュータを使った環境汚染物質の動態解析<研究の目的> (1) フィンランド湾表層においてクロロフィルが溜まり易い環境条件を推定し、陸上活動の結果として流入する物質により発生する富栄養化をコントロールする。(2) 岡山県南部
においてPM2.5が溜まりやすい環境条件を推定し、大気の質を管理して，都市の一人当たりの環境上の悪影響を軽減する。
<研究の概要> 地球統計学と地理情報システムを用いた環境汚染物質の動態解析を行っている。(1) 地球観測衛星から送られてくるフィンランド湾表層のクロロフィル分布データを，フィンランド国立環境研究所のMalve教授、Taskinen博士およびAttila博士と国際協働して解析し、濃度分布モデルを検討する。(2) 岡山県
環境保健センターから公開されるPM2.5の観測値(1時間値)を解析し岡山県南の都市部上空のPM2.5濃度分布モデルを検討する。
両活動とも国際インターンシップ学生の受け入れを行なっている(2017年度:1名，2018年度:2名，2019年度:2名)。
<期待される成果> (1) フィンランド湾で発生している富栄養化を低減し陸上活動と海洋汚染防止の両立により海洋を持続可能な形で利用可能にする。(2) 岡山県南部で発生しているPM2.5高濃度化を抑制し経済活動と大気汚染防止の両立による持続可能な都市及び人間居住を実現する。

フィンランド湾表層のクロロフィル濃度の動態解析例

岡山県南部における PM2.5濃度の動態解析例

浦川 啓 教授 鉱物物理学
高温高圧実験から地球と惑星の進化を探る
マグマは火山の噴火だけでなく，海洋プレートの形成や炭素・イオウのような軽元素の循環においても重要な役割をはたしています．また，マグマの物理的性質は，45億年前の形成期（マグマオーシャンの時代）から現在までの地球や惑星の内部構造の進化やそれらの内部の運動を知る鍵となります．例えば，マグマの密度は圧力とともに急増するため地球のマントル深部ではマグマは沈んでいくと考えられています．私たちの研究室では，放射光や中性子を用いた実験から高温高圧条件でのマグマと鉄合金メルトの物理的性質を研究して，地球や惑星の内部構造とその進化過程の解明を目指しています．

マントル深部ではマグマの密度は周りの岩石より大きくなるため，マグマは上昇しない．

・マグマの構造
惑星内部の高温高圧状態のマグマと鉄合金メルトの構造
・マグマの物性
マグマと鉄合金メルトの密度や粘度，界面エネルギーなど・マグマの相関係
マグマと鉄合金メルトの高温高圧における融解関係

これらの研究は，主に放射光施設（高エネ研PFやSPring-8）と中性子施設（J-PARC）を利用して進めています．

中性子を用いた高圧実験（東海村・J-PARC)．

寺﨑 英紀 教授 地球惑星内部物質科学
地球型惑星や衛星の内部を探る

マントル

水星や火星といった地球型惑星や月は，内部が金属の中心核と岩石質のマントルや地殻に分離した構造を持っています.

この惑星内部構造についてどのようなプロセスで分離したのか？
どのように進化してきたのだろうか？
惑星により内部分離や進化の過程は違うのか？
惑星内部の物質はどのような性質を持つねん？
このような疑問・問題を解明するために，我々は惑星内部の高温・高圧環境を実験室で再現し，惑星を構成する物質の物理的・化学的性質を調べています.

中心核（左）水星は大きな中心核を持ち,（右）火星は内部が酸化的という特徴を持つ.これら惑星では惑星探査が現在進行中である.

水星マントル環境を再現

火星中心核環境を再現

大学実験室での測定に加え，他大学や放射光施設(SPring-8など)においても測定を行い，国内外での共同研究を実施しています.
大型プレス装置を用いたダイヤモンドアンビル装置を用いたX線回折測定の様子

試料の密度測定の様子

櫻井 萌研究助教

地球深部科学

地球の中の水の挙動を探る
地球の半径は約6400 kmに対し、人類の到達した最大掘削深度は10 km程度です。地球内部の詳細な推定を行うために、地球深部の条件(温度・圧力など)を再現した高温高圧実験を行っています。
地球のマントルは構造や化学組成の異なる様々な鉱物で構成されています。マントルを構成する主な鉱物は無水鉱物と呼ばれ、H2Oとしてではなく水酸基(OH基)として結晶構造中に水を取り込むことが知られています。構造内に取り込むことのできる水の量は数ppm～数%と幅広い値を取ります。
鉱物中の水は、鉱物の振る舞い（物性）に大きな影響を与えます。また、近年水がどれだけ入っているか（量）だけではなく、鉱物中のどこに入っているか（位置）ということも物性に影響を与えると考えられており鉱物中の水素位置を決定することが重要な課題となっています。

上部マントル

下部マントル
外核
地殻

内核

地球の断面図高圧発生装置En(MgSiO3)の結晶構造
En中の水から得られる赤外スペクトル

水素は軽く、位置を特定するのは困難ですが、高圧実験と第一原理計算を合わせた新たな手法を提案し、地球マントル鉱物中の水素位置の特定を目指しています。

：実験結果(黒線)と計算結果(色付き点線)の比較

井上 麻夕里 教授 地球化学
サンゴ礁の成長メカニズムの解明
熱帯〜亜熱帯海域に広がるサンゴ礁は、生物多様性が高いだけでなく、そこに住む人々の暮らしも支えている。造礁サンゴはこのサンゴ礁の土台となる重要な生き物であるが、近年の地球温暖化や海洋酸性化がサンゴの成長に負の影響を与えることが懸念されている。しかし、そもそもサンゴがどのように成長しているかはまだよく分かっていない点が多い。そこで本研究では、サンゴの骨格成長に焦点を当て、その成長メカニズムの解明および環境ストレスが骨格成長に与える影響評価について地球化学的視点から研究を行っている。また、インドネシア原子力庁との国際共同研究により、インドネシア多島海における気候・環境変動を復元し、現地のサンゴ礁へのその影響について調査している。
本研究では主に岡山大学所有の誘導結合プラズマ発光分
光分析計を用いて、Sr, Mg, Caの微量元素、誘導結合プラズマ質量分析計を用いて、UやPbなどを始めとする重金属元素類の測定を行なっている。また、ドイツ・ミュンスタ
ー大学、琉球大学、高知大学、東京大学大気海洋研究所、産業技術総合研究所等と共同研究を実施している。

サンゴ礁

造礁サンゴ

自然の防波堤の役割も果たす

サンゴの骨格が成長することで魚の住処となる空間を生み出す→ 生物多様性へつながる
サンゴポリプミドリイシサンゴ

サンゴの骨格：左は褐虫藻と共生しているサンゴ

褐虫藻サンゴ年輪
Sr/Ca比, d18O,U/Ca比などの化学分析

ハマサンゴ（Porites sp.)

ハマサンゴの骨格には年輪が見られるため、年輪に沿って骨格中の化学成分を分析することで、過去の海洋環境や気候変動に関する情報を得ることができる。また、化石サンゴを用いてより古い時代の環境を復元することもできる。

山下勝行 准教授 宇宙・地球化学
太陽系と惑星の物質科学

始原的隕石の写真。光学顕微鏡を使って記載を行

太陽系や惑星はいつ、どのようにして誕生したのでしょうか。我々が暮らす大陸は、どのようなプロセスを経て現在の大きさ・姿になったのでしょうか。このような問いに対する答えを求めて、隕石や地球の岩石を化学的手法を用いて研究しています。
新しい分析方法の開発にも力を入れており、化学実験をクリーンルームで行うことで、極微量の試料から高精度のデータを得ることを目指しています。主な研究テーマは、（１）超精密同位体分析による、隕石の年代測定や初期太陽系における同位体不均一性、（２）火成岩の微量元素濃度や同位体分析による地殻・マントルの進化プロセスの解明ですが、最近はこれらの研究で開発した分析技術を利用した、（３）顕生代の海水Sr同位体組成の復元や、（４）河川水や地下水の水循環プロセスの解析を含む環境科学研究も行っています。
これらの研究は、国内外の大学の他、国立科学博物館、総合地球環境学研究所、国立環境研究所と共同で進めています。

なった後、クリーンルー

ム・質量分析装置を使って元素濃度や同位体比の分析をします。

岡山大学理学部のクリーンルーム。HEPAフィルターを通して、大気中の微粒子を除去しています。地球外物質や地球・環境試料から分析対象となる元素を分離するのに使います。
河川水や地下水の研究は野外調査から始まります。現地で気温、水温、pHや電気伝導度を測定してから、分析に必要な試料を実験室に持ち帰ります。

野沢 徹 教授 大気科学
20世紀に観測された地球温暖化の原因特定
観測
人為要因＋自然要因
自然要因（太陽・火山）
GHG以外の人為要因
温室効果ガス（GHG）

気温偏差

地球の気候はさまざまな要因により変動しています。大気中の温室効果ガスや大気汚染物質の濃度増加など、人間活動に起因する要因もあれば、太陽活動の変動や大規模な火山噴火など、人間が全く関与できない要因もあり、たいていは複数の要因が重なり合った結果として生じています。地
球全体から亜大陸規模の長期気候変動・変化に関するさまざまな観測データや、複数の気候モデルによる過去から将来にかけての数値シミュレーシ
ョン結果などを総合的に解析し、温室効果ガスや大気汚染物質などの人間活動はもちろん、太陽活動や大規模火山噴火も含めたさまざまな要因により、地球の気候がどのように変化し得るのか、また、これら複数の気候変動要因が、過去の大規模な気候変動や近年の地球温暖化にどの程度影響を及ぼしているのか、を明らかにすることを目指しています。

[℃/100年]

長期気候変動のメカニズム解明

地球温暖化予測シミュレーション（1900年頃の平均気温からの偏差）道端 拓朗 准教授 雲物理気候学
雲がもたらす気候影響のメカニズムの解明
https://www.okayama-u.ac.jp/user/comets/
地球表面積の7割近くを覆う雲は、地球規模の水循環と放射収支への影響を介して、気候形成における重要な役割を担っています。一方で、雲内部で生じる様々な物理過程の複雑さに起因して、雲・降水過程は気候変動予測の最大の不確実要素の一つとなっています。
当研究室では、雲のタネとなる大気微粒子（エアロゾル）、雲を構成する雲粒・氷晶、それらが成長して形成される雨滴・雪片といった様々な粒子系によってもたらされる気候への影響を研究しています。
研究のアプローチとしては、数値モデルを用いたシミュレーションおよび人工衛星を用いた観測的研究の双方の特性を活かした研究により、気候予測の高精度化を目指しています。また、数値モデルが再現する地球で仮想的な衛星観測を行う「衛星シミュレータ」というソフトウェアを使い、モデル・観測間にまたがる不確実性の理解にも力を入れています。

雲・降水過程のモデリング手法を高度化することで気候変動予測の不確実性低減を目指す。

エアロゾル ・雲が気候に及ぼす効果をより現実的に再現可能なモデルを構築。

はしもと じょーじ

教授 惑星科学

地球型惑星表層環境の形成と進化
https://epa.desc.okayama-u.ac.jp/
地球には海があって生物がはびこっていますが、そのお隣の火星と金星はそれぞれ酷寒と灼熱の環境で海はなく生物も存在していないように見えます．こうした惑星表層の顔つき(環境)の違いがどのようにして生じたのかを理解するため、理論(現象の数理物理的な記述)・数値実験(単純化した気候モデルから大気大循環モデルまで)・観測(惑星探査機や地上望遠鏡を使った観測計画の立案と実施)といった手段を用いて，惑星の気象や気候を支配する理の解明を目指しています．
・地球型惑星の形成や進化に関する理論的研究
原始地球表層環境，気候システムの安定性，など
・大気大循環モデルを用いた数値地球流体力学的研究
系外惑星，水惑星・陸惑星，古火星，など
・探査機・地上望遠鏡を用いた観測研究
金星探査機あかつき，火星気象，太陽系外縁天体，など
はしもとじょーじ (2018) 水惑星の形成と進化，日本気象学会機関誌「天気」 65, 216-222.
https://www.metsoc.jp/tenki/pdf/2018/2018_04_0010.pdf

近赤外線を使って，金星大気の水素や酸素の同位体比，一酸化炭素の分布，などを観測(NASAIRTF 米国，ハワイ)．

恒星掩蔽を用いた冥王星大気の観測．大気量が急激に減少していることを発見．

金星探査機あかつきの最終調整試験(宇宙航空研究開発機構・宇宙科学研究所)．