博 士（ 地 球環 境科 学）宮本淳

学位論文題名IVIechanical properties and crystal texturesofG
reen
land deeplC
eCOreS（グリーンランド氷床コアのカ学的性質と結晶組織）

学位論文内容の要旨
地球の極地域に存在する氷床には雪とともに降り積もる不純物として，また積雪が圧密され氷となる時に気泡として取り込まれる空気として地球の過去の気候・環境変動情報が時間的層序を保ったまま記録，保存されている．近年の氷床内陸部における良質の深層コア掘削により過去数十万年にわたる気候・環境変動シグナルが氷床コアから読み取られている．また，氷床の存在は地球の気候変動システムの一部として，その巨視的な振舞いは気候変動を支配する要因の一部を担っている．氷床コアに記録，保存された気候・環境変動情報シグナルは氷床内部では氷体の自重により常に流動し，年層の厚さは深さとともに減少する．従って氷床コアから地球の古気候・古環境を復元するためには氷床の3次元的内部構造と氷床形成から現在に至る流動特性の理解が不可欠であり，気候変動システムを理解するにあたっても地球極地域に存在する巨大氷体の動力学的挙動の知識が必要である．
本 研究 は， Greenland Ice‑core Project(GRIP)によルグリーン ランド氷床頂上ドーム位置(72゜ 34｜ N， 37゜3TW)において掘削された全長3028.8mの深層コア(GRIPコア）の結晶組織とカ学的性質の関係を明らかにした最初の研究である．特に，氷床頂上ドーム位置は気候・環境変動情報シグナルの記録，保存性において理想地点である．流動特性についても現在の水平方向の速度成分が最小であるという特異点であるが，その結晶組織とカ学的性質の関係はこれまで部分的にしか調べられていない．本研究の目的 はこのG
RI
Pコアの結晶粒径，結晶C軸方位分布，固体電 気伝 導度 （不 純物 濃度 指 標） ，Cloudy band構造（氷期の氷 に観察される厚さ数mmから数cmの自濁層と透明層の互層縞模様）の分 布を測定し，一軸圧縮試験を行ない，力学的性質を支配する主要な因子を明らかにし，氷床の流動特性を理解することである．さらに他の地点で掘削，解析された氷床コアとの比較により3次元的内部構造を明らかにし，氷床全体の流動特性を議論する・
結 晶 組 織 の 測 定 結 果 と し て ， 結 晶粒 径と 固体 電気 伝導 度は と もに H
olocene（完 新世 ）
/W
isco
nsin
an氷期 境界 （深 度 1624m） 以深 で大 きく 減少 し ，氷 期の 氷にはCl
oudy bandが分布し てい るこ とが 明らかになった．また，固体電気伝導度測定か ら得られた電気的層構造はCloudy band
構 造とよい相関を示し，不純物が層状に分布していることが明らかになった，結晶C軸方 位分 布に ついてはHolocene/Wisconsman
氷期境界部分で特異 な変化はなく，深さととも‑ 118―

に徐々 に氷床の 鉛直方 向に集中 してい くことがわかった． 2500m付近で最も集中し，結晶C軸方位分布のバターンは著しい単極大型を示す．さらに深部では岩盤地形や底部の高温状態の影響で結晶粒径は粗大化し，結晶C軸方位分布の集中度は低下する．
一軸圧 縮試験 はコア軸から45゜傾けて切り出された試片を用いて行った．圧縮試験時の最大分解せん断応カが氷床の水平方向に働くように応力軸を設定し，氷床の水平方向の流動バラメ一夕（温度，応カに依存しない因子）を議論する．流動バラメータは結晶粒径や固体電気伝導度が減 少す るHolocene/Wisconslnan
氷 期境界で 変化は なく，約 2100m
以 深では， これまで 提唱されていた結晶C軸方位分布と流動バラメ一夕の関係から求める値よりも数十倍以上流動バラメータが大きくなることが明らかになった．異常に大きな流動バラメータは結晶C軸方位の発達の結果，隣り合う結晶粒の角度差が小さくなり，結晶粒界が転位の移動の障害になる効果が減少したためであると考え，流動バラメータにこの効果を付加した．その結果，流動特性をよく再現することが示された．っまり，流動特性の主たる支配的要因は結晶C軸方位分布であることを明らかにした．さらに，結晶C軸方位分布が著しい単極大型を示す場合において，隣り合う結晶粒の角度差の影響を組み込んだ新たな流動則を提起した．この新しい流動則により，結晶C軸方位分布がランダムな状態から著しい単極大型に至る発達過程における流動特性を定量的に議論することが可能になった．
氷床内部の結晶C軸方位の集中化は深さとともに増す鉛直ひずみ量に伴う結晶の回転で説明されているが，このモデルが氷床の大部分で適用することができる一般性が他地点掘削の深層コアの結晶 C軸方 位分布との比較により明らかになった．さらに，この結晶C軸方位の発達過程と新しい流動則が氷床の頂上から下流に至る流動特性の定量的な議論に応用できることが示された．
これまで氷期の氷はある種の不純物，あるいはその氷特有のC軸方位分布の影響で流動バラメータが大きくなると議論されてきた．しかし，本研究により，結晶C軸方位の発達過程と新しい流動則で下流域における氷期の氷の流動バラメータが大きくなることを説明することができた，つまり，間氷期や氷期といった堆積環境に流動特性は影響されず，深さにともなう結晶C軸方位の集中化が氷床の流動をコントロールしていることが明らかになった．
また， Cloudy ban
d構造の透明層は白濁層に比ペ結晶C軸方位の集中度が高いことを明らかにした．この結果から新しい流動則によりそれそれの層の流動バラメータを求めると，深部ほど透明層の 値が大き くなる ことが分 かった ．っまり ，これ らの結果 は数mmから数cmスケールで変化 する 流 動バ ラ メ ータ が 氷床全体 の流動特 性に影響 を与えて いること 示している ．
本研究は氷床頂上部ドーム位置で掘削された氷コアの結晶組織と流動特性の関係を初めて明らかにした．また，新しい流動則と結晶C軸方位分布の発達過程から氷厚のみを知ることによルドーム地点の流動/ヾラメータを深さの関数として求め得ることを示し，この関係が下流斜面域でも応用できることを示した．

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学位論文審査の要旨
主査
副査
副査
副査
副査

教授

本堂武夫

教授

前野紀一

助教授

水野悠紀子

助教授

成田英器教授庄子

仁 （ 北見 工業 大学 ）学位 論文 題名IVIechanical properties and crystal texturesof Greenland deeplCeCOreS（ グ リ ー ン ラ ン ド 氷 床 コ ア の カ 学 的性 質 と 結 晶 組 織 ）極 地氷 床に は過 去数 十万 年に わたる気候・環境変動のシグナルが記録されている 。ま た， 氷床 の巨 視的 な振 舞いは地球の気候システムの一部として気候を支配 する 要因 とも なっ てい る。 過去の気候・環境変動の情報が氷床にどのように記 録， 保存 され てい るか ，ま た氷床がこれまでどのように変動し、今後どのよう な変 動が 予想 され るか 、と いう問題を理解するためには、氷床の流動特性を知 るこ とが 重要 であ る。 特に ，氷床頂上ドーム位置において掘削される深層コア は， 気候 ・環 境変 動情 報の 記録性において優れており，その結晶組織やカ学的な 特性を明らかにすることが重要な課題となっている。
本研究は，氷床ドームで掘肖I亅された深層コアの結晶組織とカ学的性質を全層にわたって調べた最初の研究である。本研究では、Greenland Ic
eーcoreProect（GRIP）によって得られた氷床コア（3028．8m長）の結晶粒径，結晶C軸方位分
布， 固体 電気 伝導 度（ 不純 物濃 度指標），C10udyband構造（氷期の氷に観察され る 厚 さ 数 mmか ら数cmの白 濁層 と透 明層 の互 層縞 模様 ）の 分布 を測 定し ，力学試 験を 行な い， 流動 特性 を支 配する主要な因子を明らかにすることを目的としている。
そ の結 果， 結晶 粒径 ，固 体電 気伝導度共にホロシン（完新世）／ウイスコン
シン 氷期 の境 界（ 深度 1624m）以 深で 大き く低 下す るこ と， および氷期の氷には Cloudybandが 分布し てい るこ とを 明ら かに した 。ま た， 力学 試験 から 得られた 結果 は， ホロ シン ／ウ イス コンシン氷期の境界で流動パラメータに変化はなく，さらに深い部分(2500m付近）でこれまでにない大きな流動パラメータを持つことを見出している。一方，結晶C軸方位分布は，深度とともに鉛直方向に集中する典型的な単極大型を示し，流動パラメータの大きなところでは極めて集中度が高いことを明らかにした。異常に大きな流動パラメータは結晶方位差角が小さくなることによる効果であると考えて，流動パラメータに新たな項 を 付 加 す る こ と に よ っ て ， 流 動 特 性 を 再 現 で き るこ と を 示 し た 。
以上，本研究は氷床ドーム頂上部で掘削された氷床コアの結晶組織と流動特性の関係を初めて明らかにしたばかりでなく，結晶C軸方位分布の発達過程とそれを反映する新たな流動則を提起し，これがドームから下流に至る氷床流動の定量的な議論に応用できることを示した。
審査員一同は、これらの成果を高く評価し、また研究者として誠実かつ熱心であり、大学院課程における研鑚や取得単位なども併せ申請者が博士（地球環境 科 学 ）の 学 位 を 受 け る に 充分 な 資 格 を 有 す るもの と判 定した 。