hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
薄鋼板磁気浮上の実現及び浮上搬送装置の製作

鉄鋼業分野における要求の一つとして、製品品質の向上がある。表面処理工程における表面の傷の発生や粉塵の付着を防ぐために、搬送機構における非接触化が望まれており、電磁力を用いた磁気浮上式非接触搬送システムが注目されている。しかし、問題点として、対象の板厚が薄く、可撓性を有するため、鋼板内部での磁気飽和や、鋼板に撓みや振動が生じることがある。本研究の目的は、上記の薄鋼板の完全非接触浮上搬送を実現することである。そのために、既に研究代表者らによって行われている磁気浮上制御方式を実現し、実験を通して可能性を明らかにするとともに、消費電力を最小に抑える試みも行う。これらを総合して、磁気浮上搬送に必要な要件を明らかにし、搬送を実現させる。本研究の成果としては、薄鋼板の磁気浮上を実現できる可能性がある各種の制御方法を実際に試みるために、磁気浮上実験装置を試作し、浮上実験を行い、薄鋼板の搬送に必要な磁気浮上システムの性能と制御構造を明らかにしたことが挙げられる。また、薄鋼板磁気浮上の基本特性をさらに改善するために、電磁石の発生力を精密ステージを用いて厳密に測定・評価を行い、これと並行して、多数のギャップ長センサを用いた磁気浮上搬送を実際に行う軌道と台車の設計と製作を行った。さらに、センサレス磁気浮上についての検討を行った。これらにより、鋼板の磁気浮上搬送システムの実現の見通しを得ることが出来た。さらに、総合的に実際に走行時の特性を取得し、搬送品質の評価を行う必要があるが、ここでは、搬送速度・加速度と鋼板に生じる振動との関係を測定し、高品質の薄鋼板非接触搬送を可能にする条件を明らかにすることができた。本研究の大目的は、上記の薄鋼板の完全非接触浮上搬送を実現することである。そのために、既に研究代表者らによって行われている磁気浮上制御方式を実現し、実験を通して可能性を明らかにすることが必要不可欠であり、本研究の1つの目標である。具体的には、カスケード結合する電磁石を、ギャップの差をゼロにするように制御する2指令複合型制御系と、鋼板の振動をリアルタイムに有限要素法で計算し、その結果を制御リファレンス値として用いる制御系との、2種類の方式についての検討を行う。また、これらに用いるそれぞれの電磁石に永久磁石を組み込み、ゼロパワー(平均電流ゼロ)制御を行うことによって消費電力を最小に抑える試みも同時に行う。これらを総合して、磁気浮上搬送に必要な要件を明らかにし、搬送を実現させることが、本研究のもう一つの目標である。平成15年度においては、まず、薄鋼板の磁気浮上を実現できる可能性がある各種の制御方法を実際に試みるために、磁気浮上実験装置を試作し、浮上実験を行った。購入した直流安定化電源を電磁石の制御電流源として用いた。また、購入したレーザ位置センサを用いて浮上対象の位置を測定した。電磁石の発生力を厳密に評価するために精密zステージを用い、さらに個々の電磁石に印加される電流をクランプ型電流計で測定した。以上の装置を用いた実験により、薄鋼板の搬送に必要な磁気浮上システムの性能と制御構造が明らかになった。次年度以降は、前年度に得られた薄鋼板磁気浮上の基本特性をさらに改善し、これと並行して磁気浮上搬送を実際に行う軌道と台車の設計と製作を行う。また、実際に走行時の特性を取得し、搬送品質の評価を行う必要がある。搬送速度・加速度と鋼板に生じる振動との関係を測定し、高品質の薄鋼板非接触搬送を可能にする条件を、明らかにする。これまでの成果としては、薄鋼板の磁気浮上を実現できる可能性がある各種の制御方法を実際に試みるために、磁気浮上実験装置を試作し、浮上実験を行い、薄鋼板の搬送に必要な磁気浮上システムの性能と制御構造を明らかにしたことが挙げられる。平成16年度の成果としては、前年度に得られた薄鋼板磁気浮上の基本特性をさらに改善するために、電磁石の発生力を精密ステージを用いて厳密に測定・評価を行った。これと並行して、多数のギャップ長センサを用いた磁気浮上搬送を実際に行う軌道と台車の設計と製作を行った。また、センサレス磁気浮上についての検討を行った。最終年度である次年度は、実際に走行時の特性を取得し、搬送品質の評価を行う必要がある。

しかし、問題点として、対象の板厚が薄く、可撓性を有するため、鋼板内部での磁気飽和や、鋼板に撓みや振動が生じることがある。本研究の目的は、上記の薄鋼板の完全非接触浮上搬送を実現することである。そのために、既に研究代表者らによって行われている磁気浮上制御方式を実現し、実験を通して可能性を明らかにするとともに、消費電力を最小に抑える試みも行う。これらを総合して、磁気浮上搬送に必要な要件を明らかにし、搬送を実現させる。本研究の成果としては、薄鋼板の磁気浮上を実現できる可能性がある各種の制御方法を実際に試みるために、磁気浮上実験装置を試作し、浮上実験を行い、薄鋼板の搬送に必要な磁気浮上システムの性能と制御構造を明らかにしたことが挙げられる。また、薄鋼板磁気浮上の基本特性をさらに改善するために、電磁石の発生力を精密ステージを用いて厳密に測定・評価を行い、これと並行して、多数のギャップ長センサを用いた磁気浮上搬送を実際に行う軌道と台車の設計と製作を行った。さらに、センサレス磁気浮上についての検討を行った。これらにより、鋼板の磁気浮上搬送システムの実現の見通しを得ることが出来た。さらに、総合的に実際に走行時の特性を取得し、搬送品質の評価を行う必要があるが、ここでは、搬送速度・加速度と鋼板に生じる振動との関係を測定し、高品質の薄鋼板非接触搬送を可能にする条件を明らかにすることができた。
振動発生を予知しない状況下における水平振動知覚実験

これまでの実験では,振動の発生を直前に被験者に対して予告することがほとんどであり,被験者は振動を感じることを意識して実験に臨んでいる。しかし,実際の生活環境で振動の発生を予知する居住者はほとんどいないため,本研究ではこの違いが知覚閾に及ぼす影響を知ることを目的とする。本年度は,被験者が振動の発生を予知せず,できるかぎり意識しない状況における実験の結果を検討し,被験者の状況や意識などの周辺要因が知覚閾に及ぼす影響を考察した。振動発生に対する予知の有無が知覚閾に及ぼす影響を知るための実験の結果から,振動の発生を予知せずリラックスした状況では,振動の発生を予知している場合よりも大きい振動を感じない場合があることがわかった。同時に,被験者が振動の発生をどの程度強く意識しているかなどの他の周辺的な要因が知覚閾に強く影響を及ぼすことがわかったため,それらの周辺要因の影響を知る実験の結果を検討した。その結果,意識的な周辺要因のなかでも,揺れているに違いないと強く意識することでより敏感に振動を感じるようになること,その影響量は振動数範囲によって異なることがわかった。これらを「感じる人の割合」に基づいて性能レベルの確率的な説明資料として纏めることを模索するとともに,日本建築学会の居住性能評価指針やISO2631-1と対比し,周辺要因が知覚閾に及ぼす影響が従来の評価レベルと比較してどのような位置づけにあるかを考察した。1.はじめに研究者らも過去に実験を行ってきたが、これまでの実験においては被験者は実験の開始、すなわち振動の発生を告げられた後、実験に臨むことがほとんどである。しかし、実際の生活環境で振動の発生を予知する居住者はほとんどなく、この違いが知覚閾に及ぼす影響を知る必要がある。そこで本研究では振動の発生を被験者に直前に知らせずに、できるかぎり意識しない状態で被験者実験を行う。2.結果本年度は、被験者が振動の発生を予知せず、また振動の発生をできるかぎり意識しない状況における実験方法を検討した。振動台上に設置した居室内は、居住環境に近い内装を施し、カーペット、エアコンなども設置した。実験者との接触の機会をできるかぎり少なくするよう、CCDカメラによるモニタリング装置や居室全体がみわたせる画面分割装置なども利用した。被験者は1名とし、この居室内で床に座る。実験者は被験者に予告せずに振動を入力し、被験者はそれを感じた場合のみ実験者に合図する。この際の振動の入力間隔をランダムにし、かつ1030分程度と長くすることで、被験者が振動の発生を意識して構えた状態をできるかぎりなくそうとした。また、その際には本や雑誌、テレビなども見て良いこととし、被験者の意識が紛れるようにした。比較対照するために、約30名の同じ被験者に対して振動の発生を直前に被験者に予告した上で、被験者が振動を感じる実験も同時に行った。その結果、振動の発生を予知しないことで、水平振動の知覚閾における加速度は大きくなることがわかった。その影響量は振動に対して敏感な範囲では小さく、振動数がより低くあるいは高くなり感覚が鈍くなるほど大きくなる傾向にある。3.今後の研究課題本年度の結果によって、振動発生の予知による水平振動の知覚閾の特性を知ることができた。今後はデータ数を充実した上で、確率的な評価やISOとの対比を検討したいと考えている。性能設計に有効な揺れ性能のレベル設定に反映できる資料として纏る計画である。
冠動脈不安定粥腫ブタにおけるステント留置後の第Xa因子阻害抗凝固薬の効果の検討

冠動脈病変に対し、薬剤溶出性ステント(DES)を用いた冠動脈形成術が広く行われている。DES留置後の抗血小板薬と抗凝固薬の最適な組み合わせと投与期間については未だ明らかではない。本申請研究では、申請者らのグループが開発したLDLコレステロール受容体ホモ欠損ブタ動脈硬化モデルを用いて、冠動脈の不安定粥腫病変にDESを留置し、直接作用型第Xa因子阻害抗凝固薬および抗血小板薬投与下に経時的にステント内血栓形成および炎症反応と新規動脈硬化の進展を観察する。DES留置後のステント血栓形成の機序と影響因子を明らかにすることで、未解決である抗血小板薬と抗凝固薬の最適な組み合わせと至適投与期間の提案に繋がる。
ALE有限要素法による大変形問題解析手法の開発

コーン貫入試験(CPT)は世界各国で地盤調査,設計に広く利用されており,簡単で経済的であること,オペレーターの技量等の人為的な誤差が生じにくいこと,情報が深度方向に連続的に得られるといった特長を有している。一方,CPTの問題点はコーン貫入のメカニズムが不明確で計測される諸量の物理的意味があいまいであるため,土要素の強度を直接CPTによる貫入抵抗と結び付けて用いられているという点である。本研究では,土を流体のように考えるEuler法に基づいて定式化された有限要素法を用いてCPT貫入機構を数値解析によって解明することを試みた。これは,地盤工学で通常用いられるLagrangean型の有限要素法とは異なり,完全Eulerean型の定式化によって,貫入に伴う過剰な有限要素メッシュの変形を食い止め,計算の不安定化,発散を防止するものである。土の構成則としてはMohr-Coulombの降伏条件を用い,せん断に伴うダイレイタンシーの発現モードを忠実に再現するために非関連流動則によるモデル化を行っている。この方法によって解析した埋立人工地盤,自然堆積洪積砂地盤におけるCPT貫入機構を実測値と比較したところ,非常によい精度でコーン貫入抵抗を予測しうることがわかった。さらに,CPTによるコーン先端抵抗と上載圧から原位置における砂地盤の間隙比が妥当に評価できることを確認した後,凍結サンプリングによって採取された不撹乱試料による室内液状化実験結果を援用して,CPTによる原位置液状化強度評価法について検討した。その結果,埋立地のような若齢で砂粒同士の固結度の低い緩い砂地盤では,原位置の初期状態がわかれば,再構成試料でも十分原位置の液状化強度を再現できるが,中硬質の自然堆積砂では続成作用による構造により,再構成試料では原位置強度を妥当に評価し得ないことがわかった。標準貫入試験万能の感のある我が国でも近年CPTの活用が増加しつつある。CPTの問題点はコーン貫入のメカニズムが不明確で計測される諸量の物理的意味があいまいであるため,土要素の強度を直接CPTによる貫入抵抗と結び付けて用いられているという点である。CPTの計測量は境界値問題の解であり,これをきちんと解かない限り,普遍的な地盤の物性値との合理的関係を明確にすることはできない。本研究では,土を流体のように考えるArbitrary Lagrangean Eulerean法に基づいて定式化された有限要素法を用いてCPT貫入機構を数値解析によって解明することを試みた。これは,地盤工学で通常用いられるLagrangean型の有限要素法とは異なり,完全Eulerean型の定式化によって,貫入に伴う過剰な有限要素メッシュの変形を食い止め計算の不安定化,発散を防止するものである。今後は,砂による物性値の特徴,大変形時の土質定数のひずみレベル依存性,圧密現象とのカップリングといった問題を加味したより現実的な解が得られるような手法の確立が必要がある。

コーン貫入試験(CPT)は世界各国で地盤調査,設計に広く利用されており,簡単で経済的であること,オペレーターの技量等の人為的な誤差が生じにくいこと,情報が深度方向に連続的に得られるといった特長を有している。一方,CPTの問題点はコーン貫入のメカニズムが不明確で計測される諸量の物理的意味があいまいであるため,土要素の強度を直接CPTによる貫入抵抗と結び付けて用いられているという点である。本研究では,土を流体のように考えるEuler法に基づいて定式化された有限要素法を用いてCPT貫入機構を数値解析によって解明することを試みた。これは,地盤工学で通常用いられるLagrangean型の有限要素法とは異なり,完全Eulerean型の定式化によって,貫入に伴う過剰な有限要素メッシュの変形を食い止め,計算の不安定化,発散を防止するものである。土の構成則としてはMohrCoulombの降伏条件を用い,せん断に伴うダイレイタンシーの発現モードを忠実に再現するために非関連流動則によるモデル化を行っている。この方法によって解析した埋立人工地盤,自然堆積洪積砂地磐におけるCPT貫入機構を実測値と比較したところ,非常によい精度でコーン貫入抵抗を予測しうることがわかった。さらに,CPTによるコーン先端抵抗と上載圧から原位置における砂地盤の間隙比が妥当に評価できることを確認した後,凍結サンプリングによって採取された不撹乱試料による室内液状化実験結果を援用して,CPTによる原位置液状化強度評価法について検討した。その結果,埋立地のような若齢で砂粒同士の固結度の低い緩い砂地盤では,原位置の初期状態がわかれば再構成試料でも十分原位置の液状化強度を再現できるが,中硬質の自然堆積砂では続成作用による構造により,再構成試料では原位置強度を妥当に評価し得ないことがわかった。
留学生に対するキャリアサポートと日本語教師の役割

これまでの留学生を調査対象とした研究において、留学生が進路選択の際に日本語教師から複合的なサポートを得たことが明らかになっている。しかし、日本語教師が留学生にどのようなサポートをしたと認識しているかは明らかではない。そこで、本研究は、日本語教師を調査対象とし、質的調査(半構造化インタビュー)と量的調査(質問紙調査)を行い、留学生に行ったキャリアサポートとそのために必要な資質・能力との関連について明らかにすることを目的とする。1年目は、キャリアサポートと必要な資質・能力がどのようなものであるか実態を明らかにするため、日本語教師20名を対象に、半構造化インタビューを行った。対象者の承諾を得、録音したデータを文字起こしし、教歴で2群(10年未満、10年以上)に分け、KJ法におけるグループ分けの手法で整理、分類した。キャリアサポートは、10年未満の日本語教師7件、10年以上の日本語教師52件抽出された。10年未満の日本語教師が留学生との共同を重視し、10年以上の日本語教師は留学生に対して指導的なサポートを行っていた。必要な資質・能力は、10年未満の日本語教師33件、10年以上の日本語教師50件抽出された。10年以上の日本語教師のみ、学生に応じた個別対応、異文化理解力を重視していた。この成果は2019年の異文化間教育学会にて発表した。2年目は、キャリアサポートと必要な資質・能力との関連について明らかにするため、1年目に行ったインタビューデータをもとに質問紙を作成した。次年度は、この質問紙を日本語教師100名程度に配布し、統計的手法を用いて分析の上、論文を執筆する予定である。質問紙の対象者を十分に確保できていないため。今後の予定は以下の通りである。日本語教師100名程度を対象とした質問紙調査の実施及びその統計的分析を行う。論文を執筆する。本研究は質的調査(半構造化インタビュー)と量的調査(質問紙調査)を行い、留学生に対する日本語教師のキャリアサポートと日本語教師に必要な資質・能力との関連について明らかにすることを目的とする。1年目は日本語教師のキャリアサポートと必要な資質・能力について、大学、日本語学校勤務の常勤と非常勤の日本語教師20名を対象に半構造化インタビューを行った。その際に録音したデータを文字化した。現在、KJ法によるグループ分けの手法で分類・整理を行っているところである。やや遅れている理由は以下のとおりである。1対象となるサポートを行ったことがある日本語教師の数が限られ、対象者選定に時間を要した。2対象となる日本語教師の居住地、勤務先が遠方のため、インタビューに赴くのに時間を要した。1現在進めているインタビューデータの分析を終了し、学会発表を行う。21年目のインタビュー調査の結果を元に、量的調査に向けて質問紙を作成する。3日本語教師200名を対象とした質問紙調査の実施及びその統計的分析を行う。4論文を執筆する。論文を執筆する。対象者選定、対象者へのインタビューの実施がやや遅れ、それに伴い、支出する費用に差が生じた。翌年度はインタビューデータの分析を完了し、海外、国内学会での発表及び、1年目のインタビューデータ分析に基づき、質問紙調査を行う。そのための旅費や謝金に助成金を充てる予定である。当初2018年度に発表を行う予定であったが、できなかったため。
ハロゲン類の気液界面取り込み過程の動力学的研究

1.本研究は、大気中の循環に関与するエアロゾル等への、ハロゲン類の取り込み過程を明らかにするため、著者らが新規に案出したインピンジングフロー法を用いて、化学種の界面近傍の濃度分布をレーザー分光法を用いて直接的に測定することにより、気相から水相へのハロゲン化学種の取り込み過程を観測し、取り込み係数を求め、さらに、この取り込みに対する種々の環境条件の影響を解明し、結果を液相での反応や拡散との相互関係を含めて解析することを目的とする。2.本年度は、ヨウ素に対する検討を行い、結果を液相の反応にベースをおいて考察した。純水へのヨウ素の取り込み係数を、インピンジングフロー法を用いて、全圧70Torr、温度20°Cの条件下で測定した。キャリアガスのHeはバブリングして水蒸気飽和にし、水蒸気による消光の影響が無視できるようにしてある。ヨウ素分圧は13mTorr程度である。測定された水面から高さ方向のヨウ素の濃度分布をシミュレーション結果と比較することによって取り込み係数を決定した。種々の気液接触時間(70msから290msまで)の測定で、接触時間依存性はほとんど見られなかった。液相での1次反応を仮定したDanckwertsの解析式をもとに、液相の反応としてI_2+H_2O→IOH+I^-+H^+を考慮して実測の取り込み係数が説明できるか否かを検討した。実測値は解析値とほぼ一致しており、ヨウ素の取り込みが液相の反応によって支配されていると解釈した。さらにヨウ素イオンの共存下で取り込み係数が増大すること、これはヨウ素イオンと取り込まれたヨウ素の間の反応のためであるとして、ほぼ説明可能であることを示した。
光化学系Iアンテナクロロフィルおよび反応中心クロロフィルの抽出および再構成

1.光化学系Iアンテナクロロフィルの再構成:ホーレンソウより得た光化学系I粒子を凍結乾燥した後、水飽和エーテル処理することにより、アンテナクロロフィルの95%以上が抽出されるが、反応中心クロロフィルであるP700は殆ど抽出されない。1)このアンテナ抽出粒子を緩衝液に懸濁し、Chl-a(ethanol溶液)を加えると、Chl-aは粒子に結合するがアンテナとしては働かない。2)Chl-aがアンテナとして再構成されるためにはリン脂質を共に加える必要があり、ホスファチジルグリセロール(PG)が最も有効で、MGDGがそれに次ぎ、PC、PI、DGDGは殆ど効果が無かった。3)PG分子中の2個のアシル基がdilauroyl(C12:0)基のとき、Chl-aは粒子に結合しない。しかし、dimyristoyl(C14:0)PGはアンテナ再構成に最も有効で、炭素数が16から18に増えるに従って効果は低下した。不飽和結合を持つアシル基(C18:1、C18:2等)は炭素鎖が長くても、C14:0をもつものとほぼ同程度に有効であった。4)PCは、いずれのアシル基のものも殆ど効果がなかった。5)Chl-bをPGと共に加えると、アンテナとして再構成された。Chl-bを含まないラン藻を材料とした同様な実験結果から、Chl-bはChl-a結合部位に結合すると推定された。6)Pheo-a、BChl-aは粒子に結合するが、いずれもアンテナとしては働かなかった。2.P700の再構成:1)エーテルにacetaldehydeを少量加えると、水飽和エーテルを用いたときよりアンテナ色素はより抽出され、さらに、アルデヒド含量を上げることにより、P700もある程度抽出される。2)Chl-aをやや高濃度のMGDGと共にP700抽出粒子に加えると、Chl-aはアンテナ結合部位には結合せず、P700結合部位近辺に結合し、P700が一部再構成された。再構成されたP700は本来のものとほぼ同様な酸化還元差スペクトルを示した。
リモートセンシングとGISによる草資源量および家畜栄養摂取量の広域評価手法の開発

飼料生産の場としての草地および放牧地においては,時々刻々と変化する草資源量と牧草成分を広域的かつ定量的に把握する草地診断技術ならびに広大な放牧地に放たれた家畜がどの場所でどれくらい草を食べているのかを広域的に評価する技術の開発が求められる。そこで本研究では,1)多段階観測(マルチステージモニタリング)による草資源量およびその牧草栄養価と2)全地球測位システム(GPS)と家畜用顎運動測定機器による家畜栄養摂取量の広域的評価手法の開発を目的としている。北海道の現地調査から,定置放牧草地において(1)ハイパースペクトル計測(400-2350nm)による草生産性および牧草栄養価の推定が可能になった。また(2)GPSおよび加速度センサー(牛の顎運動測定)を利用した放牧期間中の採食行動の識別とその空間的分布の把握が可能になった。これらの調査は,北海道農業研究センターの放牧試験区(約12ha)にて北海道農業研究センターの集約放牧研究チームと共同で行った。2007年10月からは,ニュージーランドAgResearch Grassland Research Centreにて,同様の現地調査および解析を実施した。その結果,ハイパースペクトル計測で得られた草量と草質および標高などの空間情報から,ニュージーランド高原放牧草地における羊の尿排出場所予測への応用が示唆された。これら家畜の尿排出場所の空間的な分布の予測は,牧場からの温暖化効果ガス放出の抑制対策を検討する際に有益な情報になりうると期待される。初年度は現地調査を中心として,1)草生産性および牧草栄養価の推定のための分光反射計測と,2)GPSおよび加速度センサー(牛の顎運動測定)を利用した放牧期間中の採食行動の識別とその空間的分布の把握を試みた。調査は,那須の畜産草地試験場のシバ優占草地(3ha)と北海道農業研究センターの放牧試験区(約12ha)にて行った。これらの現地調査は,それぞれ畜産草地試験場の草地動態モニタリング室と北海道農業研究センターの集約放牧研究チームと共同で行った。PLS回帰推定における波長選択によって,地表面反射スペクトノレ(400-2350nmの波長域,5nmごとの平均値)から,混播草地における草量と草飼料価値の指標となる粗タンパク(CP)と酸性デタージェント繊維(ADF),中性デタージェント繊維(NDF)の推定に重要な波長がそれぞれ得られた。また,加速度センサーから放牧時間内における牛の摂食,反芻,休息といった放牧行動の識別が可能になった。今後は,航空機・衛星リモートセンシングデ「タの利用およびGISによる家畜行動情報との協働によって,広域面積における草地診断技術の構築を試みる。現地調査では,1)草生産性および牧草栄養価の推定のための分光反射計測と,2)GPSおよび加速度センサー(牛の顎運動測定)を利用した放牧期間中の採食行動の識別とその空間的分布の把握を試みた。これらの調査は,北海道農業研究センターの放牧試験区(約12ha)とニュージーランドの草地(Ag Research Grassland Research Centre)で行った。室内スペクトル実験で開発された新しい波長選択のアルゴリズムを適用して,地表面反射スペクトル(ハイパースペクトル,400-2350nmの波長域)から,混播草地における草量と草飼料価値の指標となるミネラル成分(リン,カリウムなど)とマメ科率の推定に重要な波長がそれぞれ得られた。地理情報システム(GIS)および地理的加重回帰(GWR)を利用して,ニュージーランド高原放牧草地をケーススタディとした牛・羊の放牧行動の空間分布(GPS位置情報)とその意志決定に与える重要な環境要因(草質,標高,傾斜など)および空間的不均一性・依存性を明らかにした。

これらの調査は,北海道農業研究センターの放牧試験区(約12ha)にて北海道農業研究センターの集約放牧研究チームと共同で行った。2007年10月からは,ニュージーランドAgResearch Grassland Research Centreにて,同様の現地調査および解析を実施した。その結果,ハイパースペクトル計測で得られた草量と草質および標高などの空間情報から,ニュージーランド高原放牧草地における羊の尿排出場所予測への応用が示唆された。これら家畜の尿排出場所の空間的な分布の予測は,牧場からの温暖化効果ガス放出の抑制対策を検討する際に有益な情報になりうると期待される。
スミア変換を用いた電子透かし法に関する研究

10年度は、署名情報を画像空間上に均一に拡散し画像に埋め込むための新しい周期型のスミア変換を提案し、その変換アルゴリズムを求めた。次に、拡散した情報系列を元に収束し復元するためのスミア変換の逆変換であるデスミア変換を求めた。このスミア変換により署名情報をその電カスペクトルを保存した状態で一様に拡散し振幅多重した拡散系列を得ることができ、デスミア変換により拡散署名情報を完全に元の署名情報に復元できる。さらに、濃度値のすき間に署名を埋め込む、スミア変換を用いた電子透かし法を提案し、拡散画像の濃度値ヒストグラムによりSN比を最大とするように署名を埋め込むアルゴリズムを示した。JPEG耐性を向上させるために被埋め込み画像の下位1bitを削除する方法を示した。計算機実験により、サイズが256×256の256階調画像に署名を埋め込み約29dBの画質を実現し、この画像に75%のクオリティのJPEG圧縮ををかけた場合、十分に視認可能な署名が残存することを明らかにした。11年度は、さらに署名埋め込み画像の画質に優れかつ透かし削除攻撃にも優れた電子透かし法を実現するために、インパルスをスミア変換を用いて拡散して画像に埋め込み、画像空間に埋め込んだインパルス位置情報を署名情報とする新しいスミア変換を用いた電子透かし法を提案し、そのアルゴリズムを求めた。計算機実験により、サイズが256×256の256階調画像に16bitの署名情報を埋め込んだ場合、約38dBの画質を実現し品質劣化がほとんど確認できないことを示した。また、この条件において、通常のクオリティでJPEG圧縮されても埋め込んだ署名が90%以上の割合で残存できることを示し、本電子透かし法の有効性を明らかにした。従来の方法よりも耐攻撃性が強くかつ高品質な署名埋め込み画像が得られ,署名抽出の際には原画像を必要としない電子透かし法として,スミア変換を用いた新しい電子透かし法を提案した。本電子透かし法はスミア変換により各々の署名画素情報を署名埋め込み画像の全画素の振幅上に一様に拡散して重畳し,スミア変換と直交するデスミア変換により,署名埋め込み画像の全画素の振幅上に拡散された署名画素情報を元の各々の署名画素に収束し復元することにより実行される。計算機実験により署名埋め込み画像の基本的な品質比較およびJPEGによる攻撃耐性を検討した。その結果,本手法が画像への電子透かし法として優れた効果のあることを明らかにした。今後はさらに特性の向上を目差し研究を進めていく。本年度は、署名埋め込み画像の画質に優れかつ透かし削除攻撃にも優れた電子透かし法を実現するために、インパルスをスミア変換を用いて拡散して画像に埋め込み、画像空間に埋め込んだインパルス位置情報を署名情報とする新しいスミア変換を用いた電子透かし法を提案し、そのアルゴリズムを求めた。つぎに、本電子透かし法は、透かし埋め込み時の画質劣化が量子化誤差を除き、埋め込む透かし情報のエネルギに正確に比例することを示した。最後に、計算機実験により、サイズが256×256の256階調濃淡画像に16bitの署名情報を埋め込んだ場合、約38dBの画質を実現し品質劣化がほとんど確認できないことを示した。
北限域の海岸タブノキ林の保全生態学的研究

タブノキは高木の常緑広葉樹として最も北方へ分布を広げている樹種のひとつで,東北地方の海岸部が北限になっている。この北限域のタブノキ林の更新特性を明らかにし、東北地域の海岸林の保全に活かしていくにはどのような計画をたてていくべきかを検討した。タブノキ純林内では種子は散布された翌年の夏にほとんど発芽したのに対し,タブノキ林縁部では多くの実生が散布された年の秋に発芽した。2年生実生のサイズは光環境を反映し、タブノキ林内よりも林縁や落葉樹林内が大きかった。このようにタブノキ林内より林縁部や落葉樹林内の方がタブノキ実生の定着に適した条件を有していた。また,林縁の当年秋発芽個体と翌年夏発芽個体の成長量を比べると、当年秋発芽個体の方が良好であり,林縁では発芽時期の違いが成長に影響することが示唆された。苗畑実験で人為的に果肉を除去して播種した種子は30%が播種した秋に発芽した(秋発芽)が、果実のまま播種したものはほとんど翌年の春以降に発芽した(春発芽)。秋発芽の実生の70%は発芽直後の冬や早春に地上部が寒さで枯れてしまった。しかし、相対光量子束密度30%の光環境下では、枯損をまぬがれた秋発芽実生は春発芽実生よりも有意に早く成長した。鳥の被食によって果肉が除去されることが発芽を早めることになり、北限域での予測しにくい環境下では実生の生存に有利に働いていることが推察された。このような常緑樹の中でもパイオニア的な性質を有するタブノキの更新特性を活かすには、現存する狭い範囲のタブノキ林を原生保存するのではなく、タブノキ林を含むもう少し広い範囲の地域でダイナミックな保全計画を立てることが必要であると考えられる。1、北限域でのタブノキの個体群動態北限域である山形県遊佐町女鹿にあるタブノキ林とその周囲のクロマツ・落葉広葉樹林内で、1m^2の調査区と実験区を設定して、現在調査中である。タブノキ林内で散布当年に発芽した実生はごくわずかで翌年に発芽するものがほとんであった。林内調査区の実生の生残率は8.6%と低く、初期の消失と立ち枯れによる死亡が多かった。一方、林縁では当年発芽と翌年発芽の比はおよそ2:3であった。生残率はともに約50%と高かった。このように林内と林縁ではその発芽フェノロジーと個体群動態が異なっていることがわかった。2、タブノキの発芽時期の地理的変異に関する播種実験山形大学農学部附属演習林の実験苗畑において各地の個体群から採取してきた種子を播種して、その後の発芽と実生の成長を追跡中である。南方の産地の種子は、ほとんど播種当年の秋に発芽した。それに対し、北限域の産地の種子は当年発芽よりも翌年発芽の方が多かった。さらに、果肉を除去しないで果実のまま播種したものに比べて、果肉を人為的に除去した種子は当年発芽が多かった。このようにタブノキの発芽特性に地理的変異が存在していることが明らかになった。1、北限域でのタブノキの個体群動態調査地である山形県遊佐町女鹿にあるタブノキ林では、2000年は4年ぶりのタブノキ結実の豊作年になった。そこで、タブノキ林内と林縁部に3か所ずつ1m^2の調査区を設定して、種子の散布から発芽までの過程を追跡することにした。

2000年の結実量は豊作年で、タブノキ林内では300個/m^2以上の種子が落下していた。落下していた種子が果実のまま自然落下したのかヒヨドリなどの鳥に食べられて散布されたのかを推定するために、落下していた種子の表面に果肉がどのくらいついていたかを調べた。その結果、タブノキ林内では60%以上が果実のまま落下していて、果肉がまったくついていない種子は20%以下であった。それに対し、林縁部では50%以上が果肉がまったくついておらず、鳥によって散布された種子が多かった。また、2000年の冬までに発芽した種子は、林内ではほとんどなかったのに対し、林縁部では約5%が発芽した。2、タブノキの発芽時期の地理的変異に関する播種実験山形大学農学部附属演習林の実験苗畑において各地の個体群から採取してきた種子を播種して、その後の発芽と実生の成長を追跡中である。南方の産地のタブノキ稚樹は、冬から春にかけての枯損が多く発生し、北限産のタブノキよりも死亡率が高かった。また、成長も北限産のタブノキの方が南方産のタブノキよりも大きかった。このように北限産のタブノキは北限域の寒さに対する適応的な性質をもっていると推察される。1、北限域でのタブノキの個体群動態調査地である山形県遊佐町女鹿にあるタブノキ林では、2000年は4年ぶりのタブノキ結実の豊作年になった。そこで、昨年タブノキ林内と林縁部に3か所ずつ1m^2の調査区を設定して、種子の散布から発芽までの過程を追跡しはじめた。今年はその調査を引き続いて行った。昨年の冬までに発芽した種子は、林内ではほとんどなく、林縁部でも約5%と低かった。そのため、今年は春から大量の種子が発芽した。林縁では97392本/m^2、林内では185266本/m^2の実生が発芽した。これまでの結果とは異なり、林縁も含めて、ほとんどの実生が翌年の春以降に発芽した。当初は北限産のタブノキの方が南方産のタブノキよりも成長がよく、顕著な違いが認められたが、年を追うごとにその差が小さくなった。3、まとめこれまでの研究成果をまとめ、報告書を作成した。
カンキツ果実におけるキサントフィル生合成・代謝調節機構の解明

ウンシュウミカン,バレンシアオレンジ,リスボンレモンを用いて,カロテノイド含量・組成とカロテノイドの分解に関わるcarotenoidcleavage dioxygenase遺伝子(CitCCD1,CitNCED2,CitNCED3)との関係を調査した。ウンシュウミカンの果皮とバレンシアオレンジの果皮と果肉では,CitNCED2の遺伝子発現が低く推移し,その基質である9-cis-ビオラキサンチン(9C-vio)はあまり分解されず,高レベルに蓄積した。一方,ウンシュウミカンの果肉とリスボンレモンの果皮と果肉では,CitNCED2の遺伝子発現が高く推移し,9C-vioは分解され,低レベルであった。以上の結果から,CitNCED2の遺伝子発現は,9c-vio含量に影響し,カンキツ果実のカロテノイド含量・組成の品種間差に関与していることが明らかとなった。β-クリプトキサンチン(β-cry)高含有カンキツ品種`たまみ'のβ-cryの蓄積機構を,`たまみ'と親品種の`清見',`ウィルキング'を比較することにより調査した。`たまみ'は,主にβ-cryを蓄積した。`清見'は,`たまみ'より低レベルのβ-cryを蓄積した。`ウィルキング'は,主に9c-vioを蓄積した。3品種いずれも急速にカロテノイドを蓄積する時期に,カロテノイド生合成遺伝子の一斉上昇が認められた。また,3品種いずれもcarotenoid cleavage dioxygenaseの遺伝子発現の増大が認められた。`たまみ'は,`ウィルキング'と比較して,上流遺伝子(CitPSY,CitPDS,CitZDS,CitLCYb)の発現が高く,下流遺伝子(CitHYb,CitZEP)の発現が低く推移した。以上の結果から,`たまみ'は,ウンシュウミカンと同様のメカニズムによりβ-cryを蓄積したと考えられた。
動的眼球反対回旋における耳石・半規管成分の抽出

耳石性眼球運動系の動特性を明らかにし、臨床での耳石系検査法を確立する目的で動的眼球反対回旋(counterrolling,CR)の記録・分析を行った。次の2種の検査を行った。a傾斜椅子検査、被験者を傾斜椅子にのせ左右への振子様回転を行った。b水平台検査、被験者を水平台にのせ頭部の前後軸を軸として振子様回転を行った。刺激中の頭部・眼球運動を16mm映写器にて毎秒18コマで60秒間撮影し、film motion malizerを用い頭部回転角度、CRを計測した。値はPDP-11に入力し頭部運動を入力、眼球運動を出力として伝達関数(transfer function,TF)を計算した。傾斜椅子検査では半規管系、耳石系が刺激される。水平台検査では半規管系のみ刺激される。前者のボード線図(Bode plots,BP)、すなわちゲイン図、位相図より後者のボード線図を引き、耳石性CRのボード線図をえた。(1)正常者の半規管・耳石性CRのBPでは、ゲインは0.01Hzより1Hzの周波数範囲で約-4dBで平均、0.1Hz以上では増加傾向を示した。位相は180°であった。半規性CRのBPでは、ゲインは0.01から0.1Hzにて約-10dBで平均、0.1から1Hzで周波数の増加に伴うゲイン増加を示し、1Hzで約-4dBであった。耳石性CRのBPではゲインは0.1Hzを越えると減少した。(2)両側迷路反応喪失例(温度・回転反応喪失)では傾斜椅子・水平台検査とも規則的な眼運動を示さず、耳石反応も喪失したためと判定した。(3)一側迷路障害例で傾斜椅子検査のBPで0.01から1Hzにかけ低ゲインを示した例は半規管・耳石障害と判定した。水平台検査でえたBPで周波数の増加に伴うゲイン増加を示さず、耳石性CRのBPで低い周波数でのゲインが高い例は半規管障害で耳石反応が保たれていると判定した。以上、半規管性・耳石性動的眼球反対回旋の動特性を明らかにするとともに新しい耳石機能検査法を提示した。
魚類I型コラーゲンの一次構造の熱不安定性に関する研究

コラーゲンに対し比較的強い熱処理(高温、長時間)を加えると、各サブユニットのペプチド結合が切断され、ペプチドが生成することが知られている。本研究では、魚類コラーゲンの熱分解の機序を解明することを目的として、ニジマス、ハマチ、ヒラメの皮膚から抽出した酸可溶性コラーゲンを用いてコラーゲンの熱分解特性ならびに加熱により生成するペプチドの性状について調べた。熱分解の様式としてSDS-PAGE上で再現性の良いバンドパターンを示す限定的な分解と連続的なパターンを示す非限定的な分解の2種類が存在することが分かった。酸性および中性条件で加熱した場合はそれぞれ主に前者および後者を示した。熱分解に対するpH影響について調べたところ、酸性域やアルカリ性域において分解が比較的顕著であり、pH5-7の条件では最も分解が起こりにくかった。熱分解に対する食塩または尿素の影響を調べた結果、これらの添加により分解が抑制されることが分かった。プロテアーゼインヒビターカクテルを添加して同様の実験を行なったところ、無添加に比べSDS-PAGEパターンはほとんど変化しなかったため内因性プロテアーゼが分解に関与している可能性は低いことが示唆された。ニジマスα1(I)鎖を用いて加熱により生成するペプチドのN末端アミノ酸分析を行ったところ、GlyやProがN末端アミノ酸として多く存在することが明らかになった。しかし、酵素的なN末端デブロッキング処理により、N末端の一部が熱分解と共にアセチル化またはホルミル化されることが示唆された。コラーゲンは穏やかな条件で加熱するとゼラチン化して、3本のポリペプチド(α鎖)に解離するが、加熱の程度を強めるに従いペプチド結合の切断が起こり徐々に低分子化することが知られている。加熱によるゼラチンペプチドの生成機構や食品における機能は現在ほとんど解明されていない。本研究ではニジマス、ハマチ、ヒラメの皮膚から抽出した酸可溶性コラーゲンを用い、これらコラーゲンの熱分解に対する加熱温度、加熱時間および塩濃度の影響ならびに内因性プロテアーゼの関与について検討した。各魚種の皮膚より調製した酸可溶性コラーゲンについて、5mM酢酸、1M NaClを含む50mMリン酸ナトリウム緩衝液、50mMリン酸ナトリウム緩衝液および蒸留水に透析して、それぞれ酸性溶液(pH3.5)、中性塩溶液(pH7.5)、中性懸濁液(pH7.5)および蒸留水懸濁液(PH6.0)とした。これらについて40100°Cの範囲で30分間加熱したところ、いずれの条件でも80°C付近より分解産物の出現がSDS PAGE上で認められた。80°Cと顕著な分解が見られた100°Cに焦点を絞り、時間変化において熱分解ペプチドの生成パターンを調べたところ、いずれの条件でも時間経過に伴い、分解は徐々に進行した。酸性溶液では再現性のよい限定的分解が見られ、中性塩溶液および中性懸濁液では非限定的な分解によると考えられる連続的なSDS-PAGEパターンを示した。また、中性懸濁液は中性塩溶液に比べて、分解が早く進行した。次いで熱分解に対する塩濃度の影響を調べた結果、塩添加により分解が抑制されることが分かった。蒸留水懸濁液においては他の3条件ほど顕著な分解は見られなかった。温度間での分解パターンに大差はないが、温度が高いほど分解は早く進行した。なお、プロテアーゼインヒビターカクテルを添加して同様の実験を行なったところ、SDS-PAGEパターンにはほとんど変化が認められなかったためプロテアーゼが分解に関与している可能性は低いことが示唆された。本研究では、コラーゲンの熱分解の機序を解明することを目的として、ニジマス皮膚から抽出したコラーゲンを用いてコラーゲンの熱挙動を調べた。ニジマス皮膚から常法により酸可溶性コラーゲン(ASC)を調製し、それを5mM酢酸に溶解して試料液とした。

これを用いて、各種条件下における分解の様態の差異についてSDS-PAGEにより検討した。具体的にはpH(211)および尿素濃度(08M)の影響を調べた。加熱により生成するペプチドの性状解明の一環として、ASCより精製したα1(I)鎖を加熱処理して生成したペプチドのN末端アミノ酸分析を行った。また、N末端ブロックを考慮し、ピログルタミル基を持つアミノ酸を遊離する酵素(pyroglutamyl aminopeptidase : PA)とアセチル基またはホルミル基を持つアミノ酸を遊離する酵素(N-acylaminoacyl-peptide hydrolase : APH)で処理した試料についても同様の分析を行った。pHの異なる条件下で加熱した試料についてSDS-PAGEにより分析した結果、酸性域ではアルカリ性域に比べ明瞭な低分子化を示すバンドパターンが観察された。このことから、コラーゲンは、アルカリ性域よりも酸性域の方でより再現性良く限定的に熱分解することが明らかとなった。また、尿素はコラーゲンの分解を抑制する効果を示した。α1(I)鎖を加熱処理すると、未加熱に比べ、GlyやProがN末端アミノ酸として増加することが示された。PA処理を行った試料と対照試料の間には大きな差異は見られなかった。また、APH処理では、対照試料に比べGly、His、Arg、Leuなどの相対的割合が増加した。これらの結果は、熱分解によってN末端にピログルタミン酸を有するペプチドはほとんど生じないが、N末端の一部が加熱分解と共にアセチル化またはホルミル化されることを示唆するものである。
フィブリノゲンの構造と機能の分子機作-遺伝的変異分子の解析とその応用

1.Fibrinogen(Fbg)の機能障害に関与する余剰糖鎖の分子機作:点変異によりAsn-X-Thr/Ser型の糖付加構造を生じ、二股アンテナ様構造の余剰糖鎖が付加されたFbg AsahiとFbg Limaについて、フィブリンの超微細構造を電子顕微鏡下に観察し、余剰糖鎖の関わる機作を考察した。Fbg AsahiではγMet310→Thr置換がD:D結合を阻害するほか、余剰糖鎖がγ鎖間の架橋形成およびE:D結合に直接干渉することが想定され、実際、酵素処理して糖鎖を除去すると、フィブリンの超微細構造は同様に処理した正常フィブリンに近くなることが透過電顕で確認された。点変異、および酵素処理によるAsn→Asp転換のためにD:D結合障害は残るが、この結合は弱いため、本異常分子の機能障害のは、主として余剰糖鎖によるγ鎖の架橋形成とE:D結合の直接的な干渉に帰せられる。2.Bβ鎖に12アミノ酸残基の延長を持つFbg Osaka VIの構造-機能関係の解析:二度の分娩に際して多量出血(2-3リットル)をした36歳の女性に由来する異常分子で、遺伝子並びにタンパク分子の解析から、FbgのBβ鎖遺伝子の停止コドン(TAG)がLysのコドン(AAG)に転換され、その後の36塩基対に対応する12アミノ酸残基の延長があるものである。興味あることは、新しいC末第2位のCys残基間でS-S結合を形成していることで、この結果、両端あるいは一側端で結合したFbg-ダイマーがが透過電顕により確認された。フィブリン原線維にこのようなダイマーが取り込まれると分岐が誘導され、網目構造が繊細で且つ脆弱なフィブリン塊が形成され、出血に結びついたものと考えられた。前回の科研費補助金(国際学術共同研究10044316)により分析を開始した幾つかの異常fibrinogen(Fbg)分子でそれぞれ新しい知見が得られた(業績目録参照)。中でもFbg Marburgでは生化学的手法からAα鎖150残基の欠失と、この短いAα鎖に結成albuminが、平均してFbg3分子に1分子の割でS-S結合していることが判明していたが、これをrotary shadow法による電顕学的分析で証明することが出来、国外の共同研究者Mosessonらと共に報告した(研究業績6)。また走査電顕では、各fibrin(Fbn)線維はきわめて細く、これらが密に網状構造を形成していた。そのため、水の透過性は著しく低く、一旦Fbn血栓が生じて血流を閉塞すると、血流のうっ滞をもたらし、血栓症を招来したものと考えられる。既報の如くこのFbn線維は線溶酵素plasminによる分解を全く受けず(Blood 91:3282,1998)、これも血栓形成の主因の一つとなったものと結論した。Fbg Niigataでは新たな型の点変異BβAsn 160→Serが同定され、このためAsn-X-Ser型の糖付加構造が形成され、付加された余剰糖鎖がFbg原線維からFbg束形成への道程を障害し、Fbgゲル形成を遅延させていることを生化学的および電顕学的手法で証明し、国外の共同研究者Mosesson教授らと共に国際誌Blood(研究業績7)に報告した。Fbg OsakaVIではBβ鎖遺伝子の停止コドン(T__-AA)がlysをコードする(A__-AA)に変じており、このため、Bβ鎖C末に12アミノ酸残基が余剰に付加されていた。

このC末から第2位はCysで他の分子の同位のCysとS-S結合していることを電顕学的に証明し、第17回国際血栓止血学会(Washington D.C.)でWeisel教授らと共同発表した。1.Fibrinogen (Fbg)の機能障害に関与する余剰糖鎖の分子機作:点変異によりAsn-X-Thr/Ser型の糖付加構造を生じ、二股アンテナ様構造の余剩糖鎖が付加されたFbg AsahiとFbg Limaについて、フイブリンの超微細構造を電子顕微鏡下に観察し、余剰糖鎖の関わる機作を考察した。Fbg AsahiではMetγ310→Thr置換がD:D結合を阻害するほか、余剰糖鎖がγ鎖間の架橋形成およびE:D結合に直接干渉することが想定され、実際、酵素処理して糖鎖を除去すると、フィブリンの超微細構造は同様に処理した正常フィブリンに近くなることが透過電顕で確認された。点変異、および酵素処理によるAsn→Asp転換のためにD:D結合障害は残るが、この結合は弱いため、本異常分子の機能障害のは、主として余剰糖鎖によるγ鎖の架橋形成とE:D結合の直接的な干渉に帰せられる。2.Bβ鎖に12アミノ酸残基の延長を持つFbg Osaka VIの構造機能関係の解析:二度の分娩に際して多量出血(2-3リットル)をした36歳の女性に由来する異常分子で、遺伝子並びにタンパク分子の解析から、FbgのBβ鎖遺伝子の停止コドン(TAG)がLysのコドン(AAG)に転換され、その後の36塩基対に対応する12アミノ酸残基の延長があるものである。興味あることは、新しいC末第2位のCys残基間でS-S結合を形成していることで、この結果、両端あるいは一側端で結合したFbg-ダイマーがが透過電顕により確認された。フィブリン原線維にこのようなダイマーが取り込まれると分岐が誘導され、網目構造が繊細で且つ脆弱なフィブリン塊が形成され、出血に結びついたものと考えられた。
含鉄ケイ酸塩鉱物の溶解と先カンブリア時代の風化プロセス・速度

先カンブリア時代の大気中の酸素の濃度変化は、地球化学的課題のみならず、生命の進化と密接に関連し、近年盛んに研究が行われている。古土壌(paleosol)と呼ばれる、当時の風化を受けた岩石は大気中の酸素の情報を含む。しかし古土壌は風化後、例外なく続成・変成作用を受けた弱変成岩であり、当時の風化過程は未だに理解されておらず、従って、古土壌から推定される大気酸素の濃度は常に曖昧さを伴う。我々は当時の風化条件を室内で模擬し、実際の古土壌のデータと比較することで、当時の鉱物-水-大気の相互作用を明らかにすることを研究目的とした。35-25億年前の大気中の二酸化炭素と酸素を想定し、二酸化炭素の分圧は1atm、酸素分圧は3x10(-5)atm以下の条件で、グローブボックス内でFe-rich biotiteを試料としてバッチ式の溶解実験を行った(非酸化的実験)。比較のため、同様な実験を現在の大気の雰囲気下で行った(酸化的実験)。酸化的実験では溶出したFe(II)が即座にFe(III)となり、Fe(III)が生成する、またこのため、溶液中ではFeは殆ど検出されない。非酸化的実験では溶液中のFe濃度が比較的多く、Fe(II)を含むvermiculiteが二次鉱物として、生成した。この結果を25億年前の古土壌と比較したところ、古土壌中でのFe(II)とFe(III)の分布変化、またchloriteのFe/Mg比変化が一致し、先カンブリア時代における風化時の鉄の挙動は、われわれの実験結果から予想されることがわかった。またflow throughタイプの溶解実験から、溶解速度は、非酸化的条件では酸化的条件より、3から4倍、早い、また、この溶解速度にFe(II)は影響しないことがわかった。先カンブリア時代の大気中の酸素の濃度変化は、地球化学的課題のみならず、生命の進化と密接に関連し、ここ数年、数多くの論文が報告されてきた。このような研究の主な対象となっているのは古土壌(paleosol)と呼ばれる、当時の風化を受けた岩石である。しかし古土壌は風化後、例外なく続成・変成作用を受けた弱変成岩であり、当時の風化過程は未だに理解されておらず、従って、古土壌から推定される大気酸素の濃度は常に曖味さを伴う。我々は大気酸素の濃度変化に最も敏感なFeの挙動から、当時の鉱物-水-大気の相互作用を明らかにし、大気酸素の濃度推定の基礎データにすることを研究目的をしている。35-25億年前の大気中の二酸化炭素と酸素を想定し、酸素濃度がコントロールできるグローブボックス内でバッチ式の溶解実験を行った(非酸化的実験)。その当時の鉄の挙動が酸素濃度推定に重要なので、Fe-rich biotiteを試料として用い、100度で、7日から120日、水と反応させ、溶解プロセスを推定した。二酸化炭素の分圧は1atmで、シリンダーから反応容器に加圧した。酸素の分圧は3x10(-5)atmより低かった。比較のため、同様な実験を現在の大気の雰囲気下で100度で行った(酸化的実験)。非酸化的実験では溶液中のFe濃度が比較的多いのみか、Fe(II)を含む、vermiculiteが二次鉱物として、生成した。

このことから、35-25億年前の風化では、Feを含んだ鉱物の溶解により、溶出したFeの一部は、系外に流出し、一部はvermiculiteとして系内に残ることが示唆された。これは古土壌で観察される鉄の挙動と調和的である。先カンブリア時代の大気中の酸素の濃度変化は、地球化学的課題のみならず、生命の進化と密接に関連し、近年盛んに研究が行われている。堆積岩中の安定同位体分析など様々なアプローチがなされているが、我々が対象としているのは古土壌(paleosol)と呼ばれる、当時の風化を受けた岩石である。しかし古土壌は風化後、例外なく続成・変成作用を受けた弱変成岩であり、当時の風化過程は未だに理解されておらず、従って、古土壌から推定される大気酸素の濃度は常に曖昧さを伴う。我々は当時の風化条件を室内で模擬し、実際の古土壌のデータと比較することで、当時の鉱物-水-大気の相互作用を明らかにし、大気酸素の濃度推定の基礎データにすることを研究目的をしている。昨年度はバッチ式の溶解実験を行ったが、本年度は、速度論的な情報を得るため、酸素濃度が低い条件下で、いわゆるflow throughタイプの溶解実験が可能なグローブボックスの開発と、実際の実験を行った。この実験装置は、実験中の酸素濃度がモニターできること、溶解実験に必要な器具がすべてグローブボックス内に収納できること、また酸素濃度と二酸化濃度を任意に変化できること、が特徴である。鉄の含有量の異なる黒雲母と緑泥石、さらに白雲母の溶解を、この装置を使った非酸化的条件と、現在の大気にさらした酸化的条件で、比較実験した。非酸化的条件では、鉄(II)はSiと同様な溶解速度を示した。鉱物の溶解速度を表すSiの溶解速度は、非酸化的条件では酸化的条件より、3から4倍、早い、また、この溶解速度に鉄(II)は影響しないことがわかった。今回の実験結果は、大気中の酸素の濃度が低かった先カンブリア時代では、鉄(II)は風化システムの系外に流出し、かつ鉱物の風化速度が早かったことを示唆する。我々は当時の風化条件を室内で模擬し、実際の古土壌のデータと比較することで、当時の鉱物-水-大気の相互作用を明らかにし、大気酸素の濃度推定の基礎データにすることを研究目的としている。前年度速度論的な情報を得るため、酸素濃度が低い条件下で、いわゆるflow throughタイプの溶解実験を黒雲母、緑泥石、白雲母に対して行った。しかし、溶存酸素計の精度が悪く、溶存酸素が10(-5)気圧以下としてしか記録できなかった。10(-8)気圧まで測定可能な精度の良い溶存酸素計を新たに購入し、実験中の溶存酸素濃度を正確に記録した。28から19億年前の古土壌中から希土類元素を含む風化生成物のrhabdophaneを探し、Ce/Laの時代変化をプロットした。25から19億年前にかけて、この比は減少し、19億年前にはほぼ0になった。これは、この期間、酸素が上昇し、地下水中でCe(III)がCe(IV)になる割合が増加し、rhabdophane中に、Ce(IV)が取り込まれなくなった結果だと考えられる。