放射光イメージングを用いた地球惑星科学研究の最近の成果
土`山 明（阪大理）・中村美千彦（東北大理）・中村智樹（九大理）・奥村）明（阪大理）・中村美千彦（東北大理）・中村智樹（九大理）・奥村 聡（東北大理）・中野 司（産総研）・上杉健太朗（JASRI司（産総研）・上杉健太朗（JASRI）

RECENT RESULTS ON EARTH AND PLANETARY SCIENCES USING SR IMAGING
Akira TSUCHIYAMA (Grad. Sch.
Sch. Sci.,
Sci., Osaka Univ.), Michihiko NAKAMURA (Grad. Sch.
Sch. Sci.,
Sci., Tohoku Univ.), Tomoki NAKAMURA (Fac(Fac.. Sci.
Sci.
Kyushu Univ.), Satushi OKUMURA (Grad. Sch.
Sch. Sci.,
Sci., Tohoku Univ.), Tsukasa NAKANO (AIST/GSJ), Kentaro UESUGI (JASRI/SPring(JASRI/SPring-8)

エアロジェル捕獲器によるサンプル採取

Ⅰ. Stardust 計画における彗星塵の研究■ シリカエアロジェル：超低密度物質（5-30 g/cc）■ 彗星塵（~10μm）の超高速衝突（6.1 km/s）■ 多様な衝突トラックの形成（長さ：0.1-30 mm）■ 彗星塵の分裂・トラックに沿って分布

はじめにStardust ：NASAの無人宇宙探査機による彗星塵サンプルリターン計画

本研究の目的計画の目的：■ 太陽系の起源物質をさぐる■ 惑星間塵（IDP）は彗星起源か？
■ 生命の起源物質は？（地球有機物の起源）

探査ターゲットの Stardust探査機による
81P/Wild-2彗星 彗星塵採取の模式画像（NASA HP）
Track (1 mm long)

XRF

衝突トラックの３Ｄ構造と元素分布

個々の粒子の鉱物組成と３Ｄ構造

X-rayCT

初期分析（国際チーム）：放射光を用いた非破壊分析
初期分析（国際チーム）：放射光を用いた非破壊分析
これにより、分裂した彗星塵の復元を試みる
分裂した彗星塵の復元を試みる■ 衝突トラックの３Ｄ構造と元素分布■ トラックから取り出した粒子の鉱物組成・３Ｄ構造

sample

実験 SPring-8/BL47XU (CT/XRF)■ 投影型CT ⇒ トラックの３Ｄ構造（実効空間分解能：~1 μm）■ XRF ⇒ 突入粒子の元素組成とその分布（Feなど12元素）

aerogel keystone

実験 SPring-8/BL47XU(CT), BL37XU(XRD), KEK/3A(XRD)■ 結像型CT ⇒ 粒子の３Ｄ構造（実効空間分解能：~0.数 μm）■ XRD ⇒ 突入粒子の鉱物組成0.5

Beam DiffuserDmr/Vｔ1/3

0.3

Lt200 μm

Namekuji Skyrocket Gobou
IchiroLt (μm)1132484>884614
Dm (μm)26.9
14130.4
29.6
Vt (μm3)
3660
779000 >15700
10400m(Fe)p (pg) 0.180
66.6>>1.26
1.29m(Fe)p/Vt
4.9(8.5(>8.0(4.9(-5)
8.5(-5)>8.0(-5) 1.2(1.2(-4)

02468101214(a)16バルブ z/Vｔ1/3
体積で規格化したトラック形状

Video monitorb

変形を考慮しない実験では浅部（高発泡度）でのみ気泡が合体し脱ガスが開始
一方で，観測データなどは深部からの脱ガス開始を示唆(d)

結晶質タイプ(~10%)結晶質タイプ■ 溶融物からの結晶作用組織■ 結晶(ol, px, pl, Fe-Ni, FeS)
■ 高温生成物（> ~1550oC)
コンドリュールの欠片？
セル構成
インコネル製ピストン

加熱炉

試料回転ピストン

実験は975℃，0.3-0.5回転/分で＜10回転

流動するマグマの脱ガスを実験的に検討する■マグマの剪断変形実験■X線CTによる気泡組織の分析
実験結果

実験試料
2.5回転
0.3rpm
発泡度 29vol%2.5回転
0.5rpm24vol%

5回転
0.3rpm
発泡度 35vol%5回転
0.5rpm32vol%

回転量・発泡度の増加に伴い連結度が増加．
試料内部（歪・歪速度が小さい）では，試料全体に比べて連結度が低い．
→連結度は剪断変形により大きくなる．

回転量の増加2.5
0.75回転0.5

0.5回転/分

気泡サイズ(μm)

３次元像から
9気泡数
9気泡体積（voxel数）9近似楕円体の３軸長さを測定

気泡連結度

回転量の増加に伴い
50-100μm程度の気泡の数が減少
小さい気泡の数（<50μm）が増加
大きな体積を持つ気泡の形成→変形に伴い気泡合体の促進

5回転

試料全体

気泡連結度

0.75回転0.5rpm25vol%

0.3回転/分

気泡数(mm-3)

気泡数(mm-3)

10回転

典型的なCT像

３次元気泡組織回転510 mm

本研究の目的■25keV■750プロジェクション
■1344x1344x1024voxel■1voxelサイズは4.34μm

グラファイト5モーター

SPring8 BL20B2

RP

Torajiro(c)剪断変形実験

マグマの脱ガスは火山噴火の爆発性を支配

0.5回転
0.3rpm
発泡度 26vol%

Monochrometerz

Ⅱ. 珪長質マグマの脱ガス機構の研究

X線CT

SR

ガンドルフィーカメラ（XRD）
(a)

(b)

非晶質物質に富むタイプ(~90%)
非晶質物質に富むタイプ
v=const., mp∝m(Fe)p, E∝Vt ⇒ m(Fe)p/Vt=const.
■ 多孔質
Namekuji: 相対的にFeが少ない ⇒ Fe-freeの高揮発性物質が多い？
■ 極少量の結晶(Fe-Ni, FeS, px)■ 脆弱な微細粒子集合体++高揮発性物質（有機物・氷？） ⇒ バルブ■ 脆弱な微細粒子集合体と融けた脆弱な微細粒子集合体■ 比較的硬い結晶質粒子 ⇒ 細長いトラック
エアロジェルの混合物(~1:20)

脱ガス→マグマの密度増加=噴火駆動力が弱まる

Gandolfi camera

fTsukonin(b)rWhole system
Si (111)
Focusing crystal

結像型CT

結果・議論

結果・議論 突入粒子の運動エネルギー: E=1/2mpv2

はじめにCenter Beam Stop

Cross Slit

Imaging Detector

0.10

FZP

Rotation Stage
Cross Slit
a0.2

CT像（Skyrocket）

SampleX-Ray

Skyrocket
Gobou
Namekuji
Ichiro0.4

試料内部（½半径の領域）

気泡率(vol%)

気泡連結度=最大気泡体積/全気泡体積（全ての気泡が連結すると「連結度=1」）上昇するマグマ中での気泡組織進化
Bubble-less領域[高粘性領域]

例． 800-1000℃・初期含水量3-5wt%を仮定すると，
深度1km付近（気泡率40vol%程度）で連結度が8割

10回転
0.5rpm43vol%
矢印が回転方向剪断変形→
高気泡連結度[浸透領域]
浅部で合体開始

脱ガス

剪断変形
■気泡変形
■衝突合体

発泡度増加

火道壁付近では，マグマの変形に伴い深部から気泡合体が進行し，脱ガスが起こる可能性がある