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石ころを用いた地学教材の開発と実践

本研究では,小中学生にとって身近な「石ころ」の教材化を目指し,海岸ごとの『石ころ図鑑』の作成およびそれらを用いた教育手法の開発と実践に取り組んでいる。H30年度は,『石ころ図鑑』作成のための福井県内外における礫・砂の調査,観察シートの作成,海岸ごとの特徴を捉えた石ころ観察の実践等を行った。礫・砂の調査では福井県および青森県と北海道,和歌山県において,海岸や湖岸の礫・砂を採取し,標本教材を充実させた。礫や砂を活用した教材・教育手法開発では,新たに(1)福井県内の5つの礫浜の礫を活用した室内実習,(2)坂井市三国町安島の浜における野外実習の学習プログラム開発に取り組んだ。(1)では,それぞれ特徴の異なる礫浜の礫を「ミニチュア礫浜」として室内に持ち込み,観察を行った。ただの「石ころ」が,詳しく見ると様々な顔つきをしており,幾つもの種類があること,海岸によって特徴的に見られる石ころが異なっていることなどを,5つの浜を比較することにより,実感を伴って理解することができる。主として小学生を対象とした学習プログラムを考案し,科学イベントにおいて実践した。観察シートや実物標本と比較する際に,石ころの特徴や見分ける際のポイント等について,それぞれの発達段階に合わせた助言をすることで,幅広い学年を対象とする実習が可能になった。また,一部の石ころの表面を磨くことで,模様や色,組織などの特徴がよりわかりやすくなり,「きれいな石」に対する興味から,自分たちの住んでいる地域,大地をつくっている地質にまで興味を持つきっかけとなり得ることがわかった。(2)は,地元の小学生を対象とした礫浜における石ころ観察実習である。科学イベントで使用した観察シートを実際の礫浜において活用し,小学校6年生の学習内容に合わせた少し詳しい解説も交えながら,石の特徴を押さえつつ目的の石を見つける実習を行った。H30年度は,福井県内の5つの礫浜(「坂井市三国町・二の浜」「坂井市三国町・安島の浜」「福井市・北菅生の浜」「三方上中郡若狭町・食見の浜」「大飯郡おおい町・フタマゼ海岸」)の礫について,それぞれの礫浜ごとの観察シートを作成した。小学生が対象であること,低学年児童の参加者が多いことなどから,各礫浜で「注目する石ころ」をわかりやすいものだけ,少数に絞ったところ,どの学年も興味を持って観察に取り組み,石ころの特徴を捉えることができていた。野外観察ができない場合でも,実物を持ち込んだ室内実習では児童・生徒の興味関心が充分に得られることが報告されているが,科学イベントにおける「ミニチュア礫浜」の観察実習を参考に,学校での授業における学習プログラムへの展開も期待できる。また,同じ礫浜を使った室内実習と野外観察の両方を実践したことにより,それぞれの実習において改良すべき部分等を見つけることができた。さらに,この安島の浜では,礫浜の後ろにある崖に礫岩層が見えること,目に見える距離にある東尋坊の岩石の観察も容易にできることなど,礫の供給源を考える材料が多く,小学生にもわかりやすいため,実習内容をさらに発展させることもできる。今後,「石ころ」から自分たちの住んでいる大地を造っている地層や地質などにも興味関心を広げていける教材としても利用できると期待できるため,周辺の地質調査等も含めて基礎データを充実させていきたい。H30年度までの礫浜の調査手法や作成した『石ころ鑑定シート』等をもとに,今後も福井県内における『石ころ図鑑』の作成を進めていく。併せて,蓄積した県内外から採取した礫や砂の標本についても効果的な利用法を探っていく。H31年度にも,同じ複数の礫浜において,小学校および中学校の野外観察会が予定されているため,学習内容に対応した教材開発や観察実習などを,これまでのものにさらに改良を加えながら提案する。特に,安島の浜においては,周辺の地質(岩石)と礫浜の礫を関連させることにより,より深い理解や実感を伴った理解,興味関心を引き出せるようにしたい。H31年度は最終年度であるため,それぞれの浜ごとの『石ころ図鑑』を完成させ,各浜における野外実習,あるいは複数の礫浜を組み合わせた室内実習等に関する学習プログラムを開発,改良し,教育現場において実践したいと考えている。本研究では,小中学校において実際に活用できる「石ころの教材化」を目指し,海岸ごとの『石ころ図鑑』の作製およびそれを用いた教育手法の開発に取り組んでいる。平成27年度は,福井県坂井市三国町の越前松島,二の浜,安島の浜および福良浜の4つの浜を中心に礫の調査(礫種とその割合,礫の大きさと分布)および礫試料の採取を行った。礫浜の季節変化について確認するため複数回の調査を行ったが,これらの礫浜では,季節によって多少の違いは見られるものの基本的に観察できる礫に大きな変化はなく,作製した『石ころ図鑑』は年間を通して利用可能であることが確認できた。また,これらの礫浜の礫は周辺の地質を反映していると考えられる調査結果を得ることができた。この他,県内外の数地点においても予察的な礫浜の調査および試料採取を行った。このうち,アクセスしやすく,判別しやすい礫種が多く,特に中学校で学習する岩種をほぼすべて観察することができる福良浜を対象に,『石ころ観察シート』の作製および教育実践を行った。『石ころ観察シート』は,観察できる礫の特徴をまとめたものと,見分け方のポイントを示しながら岩石を判定するフローチャートをセットにした教材で,野外に持ち出しが可能な仕様にしてある。

福良浜専用の教材であるため,このシートを使って各自で比較的容易に岩石の鑑定を進めることができる。実際に,中学校の地質野外観察会において,福良浜の礫の観察を行った。事前授業・野外観察・事後確認を通して,生徒の岩石への関心や理解の程度や観察の前後における変化なども調査した。これらの教育実践を通して,実物を教室に持ち込む,あるいは野外において手にとって観察することは,適切な補助教材や指導によって,主体的に取り組む意欲にも繋がり,より実感を伴った理解を促すのに大変役に立つということがわかった。平成27年度は観察実習に適した三国地域に注目し,4つの礫浜を重点的に調査した。礫浜の礫調査の手法や季節変化の影響等についても検討を行い,その結果,礫の調査方法や図鑑の作製手順など,具体的な方向性を確定することができた。この4つの礫浜において,専用の『石ころ図鑑』を作製した。平成27年度に調査を予定していた越前海岸の2つの礫浜については実施できなかったが,平成28年度に予定していた教育実践を前倒して行うことができた。観察地点とした福良浜の『石ころ図鑑』を中学校の学習内容に合わせて『石ころ観察シート』に改変し,生徒が興味を持って主体的に石の観察ができるようにした。これを用いて,事前・事後学習を含め中学校の野外観察会において現地講師として礫の観察のサポートを行った。この事前授業・野外観察・事後確認等を通して,観察する礫浜専用の『石ころ図鑑』を活用して実物に触れて観察することにより,生徒の興味関心を引き出し,実感を伴った理解を深めるのに有効であることが確認できた。また,県外の礫調査については,行き先を青森から佐賀等に変更したが,全体的な研究計画への支障はないと考える。以上の状況から,本研究は概ね順調に進んでいると判断できる。本研究では,小中学生にとって身近な「石ころ」の教材化を目指し,海岸ごとの『石ころ図鑑』の作製およびそれを用いた教育手法の開発と実践に取り組んでいる。平成28年度は,『石ころ図鑑』作製のための福井県内外における礫・砂の調査(試料採取,礫種,構成粒子の分析)および海浜砂を活用した教材・教育手法開発を行った。礫・砂の調査では,昨年度に引き続き福井県嶺北・嶺南地域の海岸の礫浜を中心にデータを得た。県外の調査では,長野県・山梨県において河川礫および湖岸の砂や礫を採取し,標本教材を充実させた。礫・砂を活用した教材・教育手法開発では,(1)福井県坂井市三国町にある二ノ浜に分布する溶結凝灰岩(赤紫色)と安山岩溶岩(黒色)の礫を活用した野外実習の考案,(2)県内の海浜砂を活用した地層教材および学習プログラムの開発に取り組んだ。(1)は本学附属中学校の野外観察実習の一部であり,生徒が現地で礫種組成調査を行い,データをまとめることで,それらの岩場からの距離と礫種組成との関係を実感する内容である。礫観察のみでなく礫種組成調査を取り入れることで現地の活動を充実させることができ,新しい野外実習の形を提案することができた。(2)は県内5地点の砂浜から採取した特徴の異なる砂を小ボトル中に積み重ねることでミニチュア地層を作るという教材である。この教材を用いた学習プログラムを考案し,主に小学生を対象として科学イベントにおいて実践した。本教材と砂の実体顕微鏡観察を組み合わせることにより,砂および県内の地質に関する児童の興味・関心を引き出すことができた。
熱的性質を考慮した不飽和土の力学特性に関する基礎的研究

不飽和土用三軸装置に三軸室内のセル水の温度を一定に保つ恒温循環装置を取付けた三軸装置を試作し、温度を制御しながら不飽和土の三軸圧縮試験を行なった。用いた試料は桜島火山灰土である。桜島火山灰土を試料として用いた理由は、桜島火山が活発な火山活動を続けているのに伴い、周辺地域に桜島火山灰土が多量に供給され、地表面の土層を形成するようになってきているため、その熱的性質を考慮した不飽和力学特性の把握が必要と考えたためである。初期含水比(飽和度)、初期間隙比の異なる桜島火山灰土の不飽和供試体を作製し、セル水の温度、サクション、高速圧の異なるひずみ制御型の排気・排水三軸試験を行なった。等方圧縮過程では排水量-時間関係、体積ひずみ-時間関係が明らかにされた。せん断過程では軸差応力-軸ひずみ関係、排水量-軸ひずみ関係、体積ひずみ-軸ひずみ関係が明らかにされた。温度の変化が10度-30度という狭い範囲でしか実験を行なえなかったため、定量的な力学特性の把握まで至らなかったが、それらの実験結果より次のようなことが明らかにされた。【.encircled1.】温度の変化による間隙水の粘性係数の変化、不飽和状態での間隙流体のサクション効果、間げき流体の相変化などが複雑に係わり合って、桜島火山灰土の圧縮・せん断挙動が表われていること、【.encircled2.】不飽和土の力学的挙動を考察する際には間隙水の挙動と土粒子の挙動は独立して取り扱うべきこと、すなわち、間隙水の挙動は供試体内の間隙水圧分布(動水勾配)に依存し、一方、土粒子の挙動は粒子間力(有効応力)に依存していることがわかった。
複合宇宙環境下でのFEP-MLI劣化に関する定量的地上シミュレーション技術の開発

本研究は熱制御材として宇宙構造体の表面に使用されており耐紫外線性の低いテフロンFEPについて、低地球軌道環境における原子状酸素および紫外線の複合照射効果を地上実験で定量的に解析することを目的とするものである。以下に本研究で得られた結果を示す。(1)原子状酸素のみ照射した場合、FEPのエロージョンレートは原子状酸素の入射角度に対してIcos則に従うことが確認された。このことは、FEPにおける原子状酸素との反応効率は入射角度に依存しないことを示している。(2)VUV単独照射において酸素雰囲気下で質量減少を示すポリイミドに対して、FEPではVUV照射のみで質量減少が観察された。VUV入射角度依存性については、入射角度の増加(光量減少)とともにエロージョンレートはリニアに減少することが確認された。(3)FEPでは原子状酸素とVUVの複合照射効果は観察されなかった。FEPでは原子状酸素照射によって酸素原子が化学吸着されないことから、原子状酸素と紫外線によるガス化反応は互いに独立した反応経路をもつものであることを示唆している。(4)原子状酸素の影響を排除したN_2ビームからのEUVはFEPの質量減少にはほとんど影響を与えなかった。FEPにおける極端紫外線の効果については予想に反する結果が得られた。本研究の結果は、これまで原子状酸素と紫外線の複合効果として理解されていたFEPのエロージョンが他の反応プロセスに起因する可能性を示唆するものであり、今後詳細な研究が必要である。これまでの紫外線との複合照射効果の結果に本研究結果を加えることで宇宙用高分子材料の劣化に関する複合環境要因によるシナジェスティック効果について総括的にまとめることができ、宇宙用材料開発のための貴重なデータベース構築に貢献できた。平成17年度は研究初年度であるため、レーザーデトネーション型原子状酸素発生装置において原子状酸素と同時に発生する強力な紫外線を除去するための紫外線チョッパーの設計、開発を行ない大気中での動作碓認を行った。また、本研究において試料として使用するテフロンFEP薄膜をプラズマビームアシスト真空蒸着法を用いて水晶振動子マイクロバランス(QCM)のクリスタル基板上に成膜を行った。テフロンFEPを成膜したQCMは問題なく発振し、実験に供することができることを確認した。今年度は、この試料を使用して紫外線を含む原子状酸素および単色紫外線光源をそれぞれ単独照射することによってテフロンFEP薄膜のエロージョン特性を調べた。その結果、原子状酸素のみ照射した場合には質量減少が観察され、エロージョンレートは原子状酸素の入射角度(0°が試料表面に対して正対方向)に対してcos則に従うことが碓認できた。原子状酸素照射前後の表面化学状態についてXPS分析を行った結果、原子状酸素によって表面が酸化されることもなく、C/F比も照射前筏で変化はなかった。しかしながら、原子状酵素により質量減少することから、原子状酸素は主鎖を切断する反応に寄与していると考えられる。また、紫外線単独照射した場合にも質量減少が観察され、入射角度依存性については紫外線の入射角度の増加とともにエロージョンレートはほぼリニアに減少することが確認された。以上のように原子状酸素、紫外線を単独照射した場合のエロージョン特性は確認できたため、平成18年度には紫外線フリー原子状酸素の単独照射および紫外線との複合照射効果について実験を遂行する予定である。

平成18年度は、QCM上に成膜したテフロンFEPおよび比較のために耐紫外線性の高いポリイミド(BSF30#2)を試料として、前年度に開発した極端紫外線(EUV)を除去するための紫外線チョッパーを用いて原子状酸素、紫外線の単独照射および複合照射効果について調べた。その結果、BSF30#2では、EUVのみ照射した場合には全く質量変化は観察されなかった。また、原子状酸素とEUVを同時に照射した場合には、原子状酸素のみ照射した場合よりも若干のエロージョンレートの増加が確認されたことからBSF30#2については原子状酸素とEUVの複合効果があるものと考えられた。一方、テフロンFEPにおいて同様の実験を行った結果、原子状酸素のみ照射および原子状酸素とEUVを同時照射した場合には非常に大きなエロージョンを示したが、EUVのみ照射した場合には質量減少はほとんど観察されずBSF30#2と同様の挙動を示し、FEPにおける極端紫外線の効果については予想に反する結果が得られた。本研究の結果は、これまで原子状酸素と紫外線の複合効果として理解されていたFEPのエロージョンが他の反応プロセスに起因する可能性を示唆するものであり、今後詳細な研究が必要である。
戸籍制度が民法典にもたらした構造的諸矛盾の研究

日本固有の家族法を体現する存在である戸籍制度と、西欧法を継受した民法との間には根本的な矛盾が存在する。戸籍制度と民法が前提とする身分登録制度である自分証書制度との間にある相違は、単に個人別登録か家族ごとの登録かというものにとどまらず、戸籍は、国民登録兼親族登録兼住民登録である点で、出生・婚姻・死亡の単なる証拠書類にすぎない身分証書と基本的に異なっている。この相違がわが国の家族法に及ぼした影響は大きく、しかしその相違について無自覚であったため解釈は混乱している。平成4年度は、この矛盾があらわれている典型的なテーマのうち、実親子関係法について「比較婚外子法」、婚姻法について「重婚に関する一考察」、相続について「相続回復請求権に関する一考察」を著して、それぞれの問題を明らかにしたほか、日本の戸籍制度全体にわたってその特徴と将来像を描いた論文「戸籍制度」を執筆した。実親子関係法では、戸籍制度の特殊性故に虚偽出生届による戸籍を訂正する必要から生じた諸実務が、嫡出否認や認知など民法の設けている要件規定を事実上空洞化する傾向にある。その構造を明らかにした上で、現状の日本法の実務がどのような特殊性と難点をもっているかを描いた。婚姻法では、戸籍の届出制に基礎をおく協議離婚制度とそれが意思確認機能を持たないが故に必要となった協議離婚無効確認訴訟という日本法独特の訴訟類型、その結果生ずる重婚という日本にしかない特異な重婚類型に、構造上重婚が可能な身分証書制度下の民法がもつ重婚規定が適用されることから生じる問題を明らかにした。また、相続法においては、相続人がどこにどれだけいるかということが戸籍によってわかるという条件は、西欧法にはない。それがわからない身分証書制度を前提として形成されてきた相続回復請求権などの制度が、日本法に導入されたときどのような特異な機能を果たすことになったかを研究した。
三次元光干渉断層計による糖尿病網膜症早期診断法の開発

A.平成21年度にデータベース化され、解析可能となった黄斑部光干渉断層計三次元データ数は95例95眼となった。内訳は病眼57例57眼、正常対照群38例38眼。病眼は糖尿病網膜症の認められない症例が35例35眼、国際分類でmild non-proliferative diabetic retinopathyと分類される症例が32例32眼であった。平均年齢は正常対照群57.2±14.2、網膜症の無い群63.5±10.5、単純網膜症群64.3±8.9才であった。予想外に平均年齢に有意差が生じているため、次年度ではこれら各群の背景因子に差が出ないよう考慮しつつさらに症例を集積する予定である。B.網膜層別解析については当初graderによる手動解析を予定していたが、昨年度中に光干渉断層計の各製造メーカーより網膜各層の自動セグメンテーションが可能なソフトウェアが発表または発表予定となった。アップデートされたソフトウェアにより自動セグメンテーションが可能であれば、プログラムのカスタマイズ依頼や、graderによる解析の必要性がなくなり、研究期間短縮と研究費の大幅な削減が可能となる。そのため当初ハイデルベルグ社の光干渉断層計を用い、データは京都OCTリーディングセンターに手動解析を依頼する予定であったが、現在手動による網膜層セグメンテーションとソフトウェアによるセグメンテーションとの間で研究遂行に支障が生じる程の差異が存在するか検討中である。
典型元素で構成される新規2次元物質群の創出

本研究では典型元素で構成される2次元物質としてホウ化水素シートと硫化ホウ素シートを基軸とし、異種の典型元素ドープや欠陥の導入を行った新しい2次元物質群を構築します。次にこれらのドープがもたらす電子状態の変化と物性変化の起源を、ドーパント導入量の関数として行う計測を軸に基礎科学的に明らかにします。最後に、これらのドープやドープした2次元物質を複合化させることで、協奏的な触媒効果や水素吸蔵・放出特性や電気特性を実現させます。このようにして、最終的には特異な性質を持った典型元素の新規2次元物質群を創出させます。
開心術中及び開心術後の自律神経機能と心機能及び意識障害との関連についての研究

心拍変動は自律神経機能の影響を反映しているので心拍変動より自律神経機能を定量的に評価する方法について検討を行った。毎心拍のR-R間隔をプロットして心拍数の時系列曲線を描き、一定期間のパワースペクトルを算出し、粗視化法により1/f^αの揺らぎ成分を除去し自律神経による変動成分を残した。この自律神経成分は0.040.14H_zの低周波成分と0.160.46H_zの高周波成分より成り、福交感神経は高周波成分に交感神経は低周波成分と高周波成分の比で示される。520分の期間の時系列曲線の解析結果を、この期間の自律神経機能の平均値と考え、この平均値をプロットし自律神経機能の日内変動曲線を求めた。自律神経の日内変動は、福交感神経機能では、夜間に亢進し昼間に低下していて、福交感神経の変動にも1/f^αの揺らぎを認めた。自律神経失調症の一つと考えられている排尿性失神の患者では、自律神経の日内変動に健常人の揺らぎパターンは認められず、突発的な福交感神経の亢進が見られた。脳死患者の心拍変動のパワースペクトルは自律神経成分のピークは消失し、1/f^αの揺らぎ成分のみであった。心拍の自立性は洞結節の機能を示し、洞結節のエネルギー代謝の変動を反映するのではないかと推測された。このため肝細胞のミトコンドリアのエネルギー代謝を示す動脈血ケトン体比(AKBR)の日内変動を検討した。AKBRの日内変動曲線のパワースペクトルは、数時間を境界としてこれより長周期では1/f^αの揺らぎを示し、短周期では認められる二源性の変化が認められた。心拍変動の1/f^αの揺らぎは生体のエネルギー代謝の1/f^dの揺らぎを反映しているのではないかと考えられた。またこのエネルギー代謝の揺らぎは生体時計の根元ではないかと推測された。ホルター心電図により健常人の24時間の心拍数を記録し、心拍数の揺らぎの解析を行った。心拍変動の時系列曲線のパワースペクトルから、粗視化法により自律神経の影響によるハーモニックな成分と1/fのフラクタルな成分を分離し、自律神経活動の日内変動曲線を求めることが出来た。自律神経の日内変動曲線は神経遮断剤の効果を忠実に反映し、夜間は副交感神経機能が高く、昼間は交感神経機能が高く互いに拮抗していた。これらの結果は従来の知見と矛盾せず、自律神経機能の定量的評価法であると判断された。副交感神経と交感神経機能の間には対数スケールで逆相関の関係にあった。自律神経機能は絶えず変動し揺らいでおり、1/fの揺らぎが観察された。若年者は副交感神経機能が高く、加齢と共に交感神経機能が高くなっていた。これに対しホルター心電図から求めた排尿性失神の患者の自律神経機能の日内変動曲線は、健常人に認められた揺らぎは認められず、副交感神経の一日に23回の突発的なピークが観察され、自律神経機能の異常によるものと推測された。脳死患者の心拍変動時系列曲線のパワースペクトルには、自律神経のハーモニックな成分は認められず、1/fのフラクタルな成分のみであった。このことから心拍変動からも脳幹機能を評価することも可能であると考えられた。平成5年度に心拍変動曲線の時系列解析により粗視化法を利用して自律神経機能を評価する方法を検討した。

この成果を基に平成6年度は、心拍変動をもたらす機序について検討を行った。脳死症例では自律神経よる変動成分は消失し、1/f^αの揺らぎ成分のみであることを報告し、これより心拍変動は基本的に、心拍の自動能のもとである心房の洞結節の持つ機能に自律神経の影響が加わり修飾されたものと考えられた。生体の要求に対応した瞬時の生理的な心拍数の決定機構を解明することは、ペースメーカーや人工心臓等のME機器において重要な課題である。心拍変動の波形は、ラジオやテレビジョンの電波の様に、洞結節の自動的な1/f^αの揺らぎを示す搬送波に、自律神経の成分が変調されたものと考えることが出来る。このため復調により自律神経の波形を再現することをcomplex demodulation法で行い、これを発表した。心房の洞結節の自働的な電気信号の発生は洞結節の機能であり、洞機能の基本的な活動状態つまり洞結節のエネルギー代謝を反映しているのではないかと推測された。肝細胞のredox stateはミトコンドリアにおけるエネルギー産生状況を示す指標であり、これに相関した動脈血ケトン体(AKBR)は、肝細胞のみならず全身の臓器のエネルギー代謝の状態を示す指標と考えられている。そこでAKBRの日内変動について検討を行ったところ、AKBRの日内変動のパワースペクトルは数時間の周期を境として、これより長周期では1/f^αの揺らぎを示し、これより短周期では1/f^αの揺らぎは認められなかった。このことから心拍変動は基本的に生体のエネルギー代謝を反映して1/f^αの揺らぎになっていることを報告した。
火花の高速挙動を少数投影から3次元画像化する研究

本研究は,火花等の放射画像を少数方向からデジタルカメラで計算機へ取込み,計算機のアルゴリズムにより3次元画像化する方法を創出することである.そこで計算機によるシミュレーション実験や放射画像をデジタルカメラで計算機へ取込む実験を行って,打切り特異値分解に基づく新しい3次元画像化アルゴリズムの可能性を明らかにした.まず火炎に対して標本化モデルを導入して,火炎の周りの少数方向から放射する画像を取込む再構成の計算機シミュレーションについて検討をした.次に実験の火炎の周りの放射画像を計算機へ取込むためのハードウェアインターフェイスの設計と製作を行い,画像取込みの実験を行った.そして少数方向から放射画像を取込みそのデータから3次元画像を再構成する実験を行った.1.対象物体の標本化モデルや投影方法のパラメータを種々変えて,計算機シミュレーションによる再構成実験を行った.再構成される画像と原画像との誤差評価を行い,放射画像の取込みの条件を検討した.その結果,4方向や8方向や12方向からの良好な取込み条件として,標本点間隔とビーム間隔との関係が明らかになった.また打切り特異値分解による打切り特異値と再構成画像誤差との関係や再構成時間等の再構成性能が分かった.2.火炎からの放射画像を計算機へ取込むために,デジタルカメラを計算機へ接続するハードウェアインターフェイスを設計して,画像取込みボードを試作し,ドライブプログラムを作成して,接続インターフェイスの実験を行った.その結果として,火炎からの放射画像を計算機へ取込むことに成功した.3.多数方向から火炎の放射画像を取込む実験を行った.そしてこの画像データに特定フィルターをかけて,画像ファイルへ格納した.これを基にして種々の再構成実験を行い,元の火炎が再現できることを明らかにした.自動車のエンジン室において、火花の輝度分布や温度分布を少数方向の投影データから、3次元画像として高速に再現し可視化計測する方法が求められている。本研究は、火花の放射画像をカメラで少数方向から同時に計算機へ取込み3次元画像を再構成する手法を創出しようとするものである。計算機シミュレーションや実際に放射画像をカメラで計算機へ取込む実験を行い、再構成を確認して性能評価を行い,新しい「濃度分布計測法」としての可能性を明らかにする。今年度は火炎を対象にして、まず放射画像の取込み条件を再構成計算機シミュレーションにより検討した。次に実際に放射画像を計算機へ取込むための光学機構やハード/ソフトインターフェイスの設計と試作を行った。1)計算機シミュレーションにより、システムパラメータとして対象物体の標本化モデルや、投影の方法を種々に変えて再構成実験を行い、再構成画像の誤差評価を行って、放射画像の最適な取込みの条件を検討した。その結果、4方向や9方向や16方向からの最適な取込み条件として、ビーム間隔や標本点間隔の関係が分かり、打切り特異値分解による打切り特異値と再構成画像の誤差の関係、再構成時間等の実験的性能が明らかになった。2)火炎からの放射画像を多数方向から同時に計算機へ取込む工夫が必要なので、多数本の光ファイバーを用いて各方向からの放射画像を格子状に配置してデジタルカメラのレンズ面へ導く、という光学機構を設計した。そして1回のシャッターで多数方向からの放射画像を同時に計算機へ取込む放射画像同時取込み部を試作した。次にこの放射画像を計算機へ取込むインターフェイス用ボードを設計試作して、取込みプログラムを制作した。取込み実験を行った結果、4方向や9方向や16方向からの画像が同時に正しく取込めることが分かった。本研究は,火花等の放射画像を少数方向からデジタルカメラで計算機へ取込み,計算機のアルゴリズムにより3次元画像化する方法を創出することである.そこで計算機によるシミュレーション実験や放射画像をデジタルカメラで計算機へ取込む実験を行って,打切り特異値分解に基づく新しい3次元画像化アルゴリズムの可能性を明らかにした.まず火炎に対して標本化モデルを導入して,火炎の周りの少数方向から放射する画像を取込む再構成の計算機シミュレーションについて検討をした.次に実験の火炎の周りの放射画像を計算機へ取込むためのハードウェアインターフェイスの設計と製作を行い,画像取込みの実験を行った.そして少数方向から放射画像を取込みそのデータから3次元画像を再構成する実験を行った.1.対象物体の標本化モデルや投影方法のパラメータを種々変えて,計算機シミュレーションによる再構成実験を行った.再構成される画像と原画像との誤差評価を行い,放射画像の取込みの条件を検討した.その結果,4方向や8方向や12方向からの良好な取込み条件として,標本点間隔とビーム間隔との関係が明らかになった.また打切り特異値分解による打切り特異値と再構成画像誤差との関係や再構成時間等の再構成性能が分かった.2.火炎からの放射画像を計算機へ取込むために,デジタルカメラを計算機へ接続するハードウェアインターフェイスを設計して,画像取込みボードを試作し,ドライブプログラムを作成して,接続インターフェイスの実験を行った.その結果として,火炎からの放射画像を計算機へ取込むことに成功した.3.多数方向から火炎の放射画像を取込む実験を行った.そしてこの画像データに特定フィルターをかけて,画像ファイルへ格納した.これを基にして種々の再構成実験を行い,元の火炎が再現できることを明らかにした.本研究の目標は、火花等の放射画像を少数方向からデジタルカメラで計算機へ取込み3次元画像を再構成する手法を創出することである。

そこで計算機によるシミュレーション実験や放射画像をデジタルカメラで計算機へ取込む実験を行って、打切り特異値分解に基づいた新しい「濃度分布計測法」の可能性を明らかにする。まず火炎の周りの少数方向から放射画像を取込む再構成の計算機シミュレーション実験によって検討をした。次に実際の放射画像を計算機へ取込むためのハードウェアインターフェイスの設計と製作を行い、画像取込みの実験を行った。そして少数方向から放射画像を取込みそのデータから3次元画像を再構成する実験を行った。1.対象物体の標本化モデルや投影方法のパラメータを種々変えて、計算機シミュレーションによる再構成実験を行った。再構成される画像と原画像との誤差評価を行い、放射画像の取込みの条件を検討した。その結果、4方向や8方向や12方向からの良好な取込み条件として、標本点間隔とビーム間隔との関係が分かった。また打切り特異値分解による打切り特異値と再構成画像誤差との関係や再構成時間等の再構成性能が明らかになった。2.火炎からの放射画像を計算機へ取込むために、デジタルカメラを計算機へ接続するハードウェアインターフェイスを設計して、画像取込みボードを試作し、ドライブプログラムを作成して、接続インターフェイスの実験を行った。その結果として、火炎からの放射画像を計算機へ取込むことに成功した。3.多数方向から火炎の放射画像を取込む実験を行った。そしてこの画像データに特定フィルターをかけて、画像ファイルへ格納した。これを基にして種々の再構成実験を行い、元の火炎が再現できることを明らかにした。
下垂体後葉ペプチドの社会的行動における働き：時期部位特異的機能の探索

オキシトシンは投与すると向社会的な行動を促進されると報告されている。しかし、状況によっては攻撃行動を促進させることも報告されている。本研究の目的は、社会的に親和的な状況と敵対的な状況において賦活化されるオキシトシン-オキシトシン受容体系を同定し、さらにその機能を明らかにすることである。1)親和的状況におけるオキシトシン-オキシトシン受容体系の働きの検討:ケージ仲間との親和的な社会交流の時にオキシトシン受容体発現細胞が活性化された。そこでオキシトシン受容体欠損マウスの行動を検討したところ、親和的行動が阻害された。さらに、島皮質と内側扁桃体のオキシトシン受容体発現ニューロンが活性されるほど親和的行動が増加していた。2)敵対的状況におけるオキシトシン-オキシオシン受容体系の働きの検討:社会的に優位な個体から攻撃を受けるという敵対的状況においてもオキシトシン-オキシトシン受容体系が活性化された。特に、視床下部室傍核オキシトシン産生ニューロン-視床下部腹内側核オキシトシン受容体ニューロン系が活性化されていた。そこで、オキシトシン受容体欠損マウスの行動を検討したところ、敵対的状況下における敗北姿勢が減少していた。さらに、視床下部腹内側核のオキシトシン受容体発現細胞を活性化すると敵対的状況における敗北姿勢が増強された。これらのデータは、親和的状況では島皮質あるいは内側扁桃体オキシトシン受容体発現ニューロン系が活性化され親和行動を促進していること、これに対し、敵対的状況下では視床下部室傍核オキシトシン産生ニューロン-視床下部腹内側核オキシトシン受容体発現ニューロン系が活性化され、敗北姿勢を促進している可能性が考えられた。齧歯動物を用いて親和的状況と敵対的状況の実験モデルを構築し、これらの時に活性化されるオキシトシン-オキシトシン受容体系を同定し、さらに、オキシトシン受容体が生理的に親和的行動と敵対的行動に関与していることを示唆するデータを得ることができたため。昨年度からおこなっている特定のオキシトシン-オキシトシン受容体系回路の活動操作を引き続き行い、この特定神経回路と行動との因果関係を同定する予定である。オキシトシンは、生体においてその状況に応じて、向社会的な行動を促進するだけでなく、逆に、攻撃行動を促進することもある。そこで、敵対的状況と親和的状況におけるオキシトシン産生ニューロンーオキシトシン受容体発現ニューロンの活性化を比較検討した。敵対的な状況下としては、同種の社会的な強者から攻撃行動を受けるという方法を用いた。社会的な攻撃を受けたマウスは、直立して腹部を相手に見せるという姿勢を示した。この姿勢は、マウスにおいて定型的な社会的敗北姿勢であることが知られている。この社会的敗北姿勢を示した動物において、活性化しているニューロンを同定する目的でFos蛋白質の発現を検討した。その結果、視床下部と大脳辺縁系のオキシトシン産生ニューロンにおけるFos蛋白質の発現が増加することが確認された。次に、オキシトシンの標的分子と考えられるオキシトシン受容体を発現している細胞が活性化されるか、活性化される場合どの領域かを検討した。その結果、島皮質を含む一部の大脳皮質、扁桃体、一部の視床、腹内側視床下部、腹外側中心灰白質のオキシトシン受容体発現細胞におけるFos蛋白質発現が増加し、これらの領域のオキシトシン受容体発現ニューロンが活性化されることが示唆された。これに対し、親和的状況下においては、大脳皮質の一部のオキシトシン受容体発現ニューロンにおけるFos蛋白質発現が増加した。しかし、母性行動の時に活性化されることが知られている前部視床下部、敵対的状況下で活性化していた腹内側視床下部においては、オキシトシン受容体発現細胞におけるFos蛋白質発現は有意な変化を示さなかった。従って、敵対的な状況と親和的な状況では異なるオキシトシン-オキシトシン受容体系が活性化される可能性が考えられた。敵対的と親和的の対照的な社会行動のモデルを作成しさらにこの時に活性化されるニューロンを比較する基盤を得ることができた。これらのデータは、親和的状況では島皮質あるいは内側扁桃体オキシトシン受容体発現

ニューロン系が活性化され親和行動を促進していること、これに対し、敵対的状況下では視床下部室傍核オキシトシン産生ニューロン-視床下部腹内側核オキシトシン受容体発現ニューロン系が活性化され、敗北姿勢を促進している可能性が考えられた。齧歯動物を用いて親和的状況と敵対的状況の実験モデルを構築し、これらの時に活性化されるオキシトシン-オキシトシン受容体系を同定し、さらに、オキシトシン受容体が生理的に親和的行動と敵対的行動に関与していることを示唆するデータを得ることができたため。今後、敵対的状況、あるいは、親和的状況で活性化されるオキシトシン-オキシトシン受容体系の活動を実験的に操作することで行動と神経回路との因果関係を明確にする方針である。昨年度からおこなっている特定のオキシトシン-オキシトシン受容体系回路の活動操作を引き続き行い、この特定神経回路と行動との因果関係を同定する予定である。
ゆらぎ成分の広域的監視による電力系統の異常検出と知的予防処置の基礎研究

大規模電力システムで経験する最悪の事態すなわち広域停電事故の防止を目的として、本研究では常時入手できるデ-タから異常の前兆を検出し、広域にわたる信頼性を診断して予防処置を行う手法について基礎研究を行った。得られた成果をまとめると次の通りである。1.潮流ゆらぎの組織的な特徴抽出方法として、主成分分析法とFFTを組み合わせた方法を開発した。開発した特徴抽出法を東北電力と東京電力を結ぶ連系線から実測したデ-タに適用した結果、連系線潮流ゆらぎの特徴がほぼ3つの特徴成分によって記述され、提案手法がゆらぎの特徴をとらえるのに有効であることが確認された。2.潮流ゆらぎから抽出される特徴量と系統状況を記述する因子の統計的関係を利用した異常固有動揺モ-ドの検出方法を考案した。実測デ-タから抽出した潮流ゆらぎの特徴量と発電機の出力分布の回帰分析を行った結果、連系線潮流に含まれている優勢固有動揺モ-ドの勢力が東北系統の総発電電力の増減に伴って変化するという特徴的な性質が明らかになり、この性質を利質した系統制動効果の異常検出の可能性を示した。3.発電機軸角のゆらぎ成分から系統内の優勢固有モ-ド成分を抽出する方法を考案し、優勢モ-ドフィルタ(DMF)の構成法とその応用可能性を明らかにした。この方法は電力ネットワ-クの性質と発電機軸角のゆらぎ共分散行列の間の物理的関係を利用したもので、オンライン安定性監視や事故同定、PSS向け安定化信号の生成に応用可能である。4、潮流ゆらぎ成分から抽出される特徴量とニュ-ラルネットを利用して動揺モ-ドの制動効果を向上させる予防安定化制御方法を開発した。また、その予防制御方法と従来の経済負荷運用手法を組み合わせた経済性と安定性を協調させる発電機運用スケジュ-リング法を考案した。以上、本研究の成果は、国の内外の会議、研究会等で発表している。大規模電力システムで経験する最悪の事態すなわち広域停電事故の防止を目的として、本研究では電力系統で常時に入手できるデ-タから異常の前兆を検出し、広域にわたる信頼性を診断して予防処置を行う手法について基礎研究を行い、本年度は次の成果を得た。まず、潮流揺らぎの組織的な特徴抽出方法として、主成分分析法とFFTスペクトルを組み合わせた方法を開発し、提案している。提案する特徴抽出法を実測デ-タに適用した結果、連系線潮流揺らぎの特徴がほぼ三つの特徴成分で記述され、提案手法が揺らぎの特徴をとらえるのに有効であることを示している。続いて、この特徴抽出方法から得られた潮流揺らぎの特徴量と系統状況を記述する因子の回帰分析を行い、潮流揺らぎと系統状況の関係について検討している。その中で連系線潮流揺らぎに含まれている優勢固有動揺モ-ドの勢力が、東北系統の総発電電力の増減に伴って変化するという最も特徴的な結果が得られている。電力系統モデルによる解析結果は、この統計的結果が東北系統全体の発電状況による優勢モ-ドに対する制動結果の変化をとらえていることを示している。次に、潮流揺らぎの特徴量と系統状況の関係を適切に記述した回帰モデルを用いて、連系線潮流などに出現する固有動揺モ-ドの制動特性の異常を検出する方法について論じている。提案する評価方法は統計的予測理論に基づいており、ある想定した系統状況における揺らぎ特徴量の予測値推定区間を利用する考え方である。また、潮流揺らぎ特徴量の予測値と潮流揺らぎの特徴パタ-

ンから、想定した系統状況における揺らぎスペクトルの形状、すなわち連系線潮流からみた系統の応答特性を推定する方法についても検討している。大規模電力システムで経験する最悪の事態すなわち広域停電事故の防止を目的として、本研究では電力系統で常時に入手できるデ-タから異常の前兆を検出し、広域にわたる信頼性を診断して予防処置を行う手法について基礎研究を行い、本年度は次の成果を得た。初年度に引きつづいて、潮流ゆらぎの組織的な特徴抽出法の検討を進め、ゆらぎスペクトラムの特徴量を主成分分析法で抽出する方法について1991IEEE冬季電力部門大会で討議を行い、その有効性について評価を得ている。本年度は電力系統内の発電機軸角のゆらぎ成分から、系統内の優勢固有モ-ドを抽出する方法を考案し、優勢モ-ドフィルタ(DMF)の構成法とその応用について検討している。この方法は、ネットワ-クで結合された発電機相互の同期化力の準対称性と、発電機軸角のゆらぎ共分散行列の間の物理的関係を利用したものである。オンライン安定性監視事故同定、PSS向け安定化信号の生成などに本手法が応用可能と考えており、PSCCと電気学会の論文誌に手法の詳細を発表している。本年度から最終年度に向けて、ゆらぎ成分の特徴量を利用したニュ-ロ技術による定態的な系統安定化技術、すなわち電力潮流のゆらぎ成分による予防制御の可能性を検討している。とくに需給平衡条件など等式制約を配慮したニュ-ロネットワ-ク構成法を提案し、警戒状態のスペクトラム分析を発電機出力の再配分により正常状態のスペクトラム分布に変更する予防制御の可能性を模索している。本研究では大規模電力システムで経験する最悪の事態すなわち広域停電事故の防止を目的として、電力系統で常時入手できるデ-タから異常の前兆を検出し、広域にわたる信頼性を診断して予防処置を行う手法について基礎研究を行い、本最終年度には次の成果を得た。前年度に引き続き、潮流ゆらぎ成分の特徴量を利用したニュ-ラルネット技術による定態的な系統安定化技術、すなわちゆらぎ成分による予防制御の可能性について検討を進めた。この予防制御方策は、ゆらぎの特徴量と系統状況を記述する因子である発電機出力分布の因果関係をニュ-ラルネット上にバックプロパゲ-ション学習法を用いて構築し、それをベ-スとして系統の制動能力を向上させる発電機出力配分を決定する。本手法については、1991年IEEE主催の電力系統へのニュ-ラルネット技術の応用に関する国際会議で討議を行い、その可能性について評価を得ている。また、潮流ゆらぎとニュ-ラルネットを用いて、系統の定態安定性と経済性を協調させた経済負荷配分法の検討も行った。系統の安定性と経済性は、電源構成や運用上の制約によりトレ-ドオフの関係を有する場合があり、両者を協調させる負荷配分問題は多目的問題としてとらえることができる。検討している負荷配分法では、パレ-ト最適解の中から安定性と経済性が協調された1つの解を選定する部分にニュ-ラルネットが応用されている。本手法については、現在継続して検討を進めている。以学本研究では、常時観測されるゆらぎ成分を用いた電力系統の異常検出及び予防処置について実測デ-タの分析を中心にその可能性を検討してきた。異常検出と知的予防処置のト-タルシステムを構築するまでには至らなかったが、ニュ-ラルネットなどの知識工学手法の適用可能性は確認できた。今後もさらに本研究の実現性を検討する予定である。
非線形楕円型偏微分方程式の解の存在とその挙動について

緒方は草野,内藤の共同研究で,ある種の準線形常微分方程式と準線形楕円型偏微分方程式の非振動解と振動解の存在性についての判定条件を研究した.さらに,これらの方程式を固有値問題に拡張し,非振動解と振動解の存在の必要十分条件について吟味した.また,緒方は古庄,草野の共同研究で退化形準線形楕円型偏微分方程式の正値全域対称解の存在とその解の有異性などの判定条件について調べた.藤井は,層別2×2分割表におけるオッズ比の均一性の検定において,マンテル・ヘンツェルタイプの推定関数を利用することで,共通オッズ比の推定問題との一貫性をもった検定方法の開発を行った.また,柳川と共同で層別2×J分割表に対するさまざまなオッズ比モデルでのパラメータの推定問題に対応できるようにマンテル・ヘンツェル推定量を拡張するとともに,モデルの適合度をみる検定について研究した.山田は、非局所的な項を複数個含む非線形方程式の粘性解の存在と一意性を論じた.仙葉は、走化性をもつ生物をモデルとする方程式の解の存在と爆発する大域解について論じた.緒方は草野,内藤の共同研究で,ある種の準線形常微分方程式と準線形楕円型偏微分方程式の非振動解と振動解の存在性についての判定条件を研究した.さらに,これらの方程式を固有値問題に拡張し,非振動解と振動解の存在の必要十分条件について吟味した.また,緒方は古庄,草野の共同研究で退化形準線形楕円型偏微分方程式の正値全域対称解の存在とその解の有異性などの判定条件について調べた.藤井は,層別2×2分割表におけるオッズ比の均一性の検定において,マンテル・ヘンツェルタイプの推定関数を利用することで,共通オッズ比の推定問題との一貫性をもった検定方法の開発を行った.また,柳川と共同で層別2×J分割表に対するさまざまなオッズ比モデルでのパラメータの推定問題に対応できるようにマンテル・ヘンツェル推定量を拡張するとともに,モデルの適合度をみる検定について研究した.山田は、非局所的な項を複数個含む非線形方程式の粘性解の存在と一意性を論じた.仙葉は、走化性をもつ生物をモデルとする方程式の解の存在と爆発する大域解について論じた.
日本海底コアの有機炭素・窒素量変動に基づく更新世後期の高精度古気候解析

日本海の秋田沖および鳥取沖(隠岐堆)で採取した2本の海底コア試料に対して平均120250年の時間間隔で,前者では20万年前までの,後者では60万年前までの有機炭素と全窒素の濃度を測定した.これらの濃度の経年的な変動は,おもに日本海の生物生産性の変動を表しており,第四紀中・後期の気候変動,特にグリーンランド氷床の増減と密接な関係を持っている可能性が判明した.この資料は陸域の湖沼堆積物に対して蓄積してきた気候変動指標とほぼ一致しており,第四紀中・後期における日本海の生物生産性の変動は,北極域の氷床量変動を表す可能性があり,今回測定した資料は古気候指標としても大きな意義を持つものである.隠岐堆で採取されたMD01-2407コアについて1cmおきに(約250年間隔)で約60万年前までの分析を終え,有機炭素濃度の変動が気候・環境変動を高時間分解能で記録していることを解明した.また,秋田沖の日本海で採取されたMD01-2408コア試料についても4cm間隔で1cm分の分析を終え,20万年前までの有機炭素濃度を250年間隔で測定しおえた.これらの結果は,年代の重なる範囲では相互に良く類似しており,10万年前までの測定値は上越沖日本海での測定結果ともよく似ている.有機炭素濃度は日本海南西部のコアでが高く,北西側で低くなる傾向をもつが,その変動パターンは数百年の時間分解能で見ても非常によく似ている.この事実は,極東アジアの気候と環境の変動が日本海のほぼ全域で類似した生物生産性の変動を引き起こして,堆積物中の有機炭素濃度の変動として記録されていると考えられる.本研究の成果として,日本海の堆積物から,平均250年の間隔で,60万年前まで遡って,北半球中緯度地域における古気候指標を得ることができた.それは,中緯度地域におけては類例のないほど長期間にわたり,かつ時間分解能の高い古気候資料である.また,その古気候指標は,年代的に重複する期間においてはグリーンランドの氷床の酸素同位体比変動と数百2,3千年時間スケールでもよく類似しており,気候変動を支配する要因として,北極域の氷床量(特に面積)が特に重要であることを示唆する.また,南極氷床の酸素同位体比変動との高い類似性も明らかになった。海洋酸素同位体ステージ(MIS)3における短周期の気候変動との対応関係をより詳細に検討するために,ざらに分析間隔をつめて時間分解能のより高い資料にするように分析をすすめている.日本海の秋田沖および鳥取沖(隠岐堆)で採取した2本の海底コア試料に対して平均120250年の時間間隔で,前者では20万年前までの,後者では60万年前までの有機炭素と全窒素の濃度を測定した.これらの濃度の経年的な変動は,おもに日本海の生物生産性の変動を表しており,第四紀中・後期の気候変動,特にグリーンランド氷床の増減と密接な関係を持っている可能性が判明した.この資料は陸域の湖沼堆積物に対して蓄積してきた気候変動指標とほぼ一致しており,第四紀中・後期における日本海の生物生産性の変動は,北極域の氷床量変動を表す可能性があり,今回測定した資料は古気候指標としても大きな意義を持つものである.日本海,上越沖で採取したコア試料についての分析を補足し,2つのコア試料について約10万年前までの有機炭素量(TOC),窒素量(TN)の変動を高時間分解能で解明した.その結果を北大西洋域の気候変動(グリーンランド氷床の酸素同位体比)と比較したところ,軌道要素の周期のみならず,数百年数千年周期の変動(D-O cycle)のレベルでも強い同調性が確認された.このテレコネクションが生じるメカニズム(極前線の同調した南北変動)を考察し,Asian Journal of Earth Science誌へ投稿した.査読の結果を受けて,修正・再投稿を行ったところであり,間もなく受理される見込みである.IMAGES VII-WEPAMALeg 2で採取された2つのコア試料(MD01-2407.2408)については,それらを同志社大学と高知コアセンターから信大へ運び,1cmごとに乾燥処理を行い,TOC,TN分析の準備を完了した.さらに,MD01-2407コア試料については,全長56mの内,4分の3程度の範囲についてTOC, TN分析を終えた.ただし,今のところ分析は1cmおきであり,コア深度で2436m分が未完である.上部から連続的に分析が進んだ期間(現在30万年前)については,おおむね次のような特徴が明らかになった.1)短期長期の周期性が組み合わさったTOC,TNの顕著な変動が30万年間にわたって存在すること,2)上越沖コアと年代が重なる部分においては非常によく似た変動が確認できること,3)1630万年前についてはこれまでにない高時間分解能での環境変動の資料が得られたこと,4)低海水準期と高海水準期でTOC変動を駆動する要因が異なる可能性があること.北半球を代表する高精度の古気候資料となる可能性もあり,研究成果の意義は大きい.間を分析して,次の論文の投稿を準備中.2014年度においては秋田沖コア試料(MD01-2408)に対する測定間隔を前年度の4cm毎から1cmおきへと更新し、125年程度の時間分解能で全有機炭素量(TOC)・全窒素量(TN)の測定を行った。

隠岐堆コア試料(MD01-2407)についてもコアの上位から順次1cmごとの測定を追加し、約20万年前までについて125年間隔での分析結果を得た。これらを含む3年間の研究の成果として、日本海の2箇所において、約20万年前までの長期にわたる生物生産性の変動を125年程度の時間分解能で解明することができた。また、隠岐堆においては250年の時間分解能で20万年前60万年前の生物生産性変動が明らかになった。ただし、海水準が最も高い時期においては日本海の海底環境が酸化的であったために有機物の分解が促進され、TOC含有量は本来の生物生産性よりも低く見積もられている可能性も明らかになった。これらの成果は学生の協力を得て2つの国際会議と3つの国内学会で発表した。本研究で測定した過去60万年間にわたるTOC・TN資料は、日本海における生物生産性の変動が、北極域の気候変動と密接にリンクしていたことを示している。その変動を引きおこした直接の要因は日本海と大気における極前線との位置関係であり、北極域の氷床量の増減に支配された極前線の南北移動が、日本海おける湧昇と深層水からの栄養塩回帰、河川流入を通じた陸域からの栄養塩供給に強い影響を与え、結果として日本海の生物生産性を強く支配したものと考えられる。このことを逆にみれば、日本海の生物生産性の変動は、海水準がもっとも高い間氷期を除いた,第四紀後期の大部分の期間を通じて北極域の氷床量をモニターしてきたものと見なすことができる。その意味でも日本海での過去60万年間の生物生産性の変動を明らかにした意義は大きい。第四紀学当初計画していた2つの長尺のコア試料(それぞれ約50m長)について250年ほどの間隔での測定を終え,分析間隔を詰めてより高い時間分解能での資料整備を進める段階に達している.また,12万年前までについては,上越沖の日本海のコア試料(MD179-3312など)の成果をもとに論文化を達成した(Urabe et al., in press).隠岐堆コアの成果を基にした論文化も準備が進んでいる.これらの結果、堆積物中の有機炭素量変動を指標とした「標準気候編年試案」の作成に目処が立った。さらに日本周辺、太平洋側の堆積物についても予察的な検討を開始できる状態になっている。日本海上越沖で採取したコア試料についての分析は完了し,日本海の堆積物における有機炭素量の経年変動がグリーランド氷床の酸素同位体比と非常によく対応することを学術誌に投稿した.
北方タイガ生態系における長期炭素固定に貢献する有機物の形態

地球規模でのカーボンシンクとして注目されているシベリアのタイガ林下のO層を永久凍土分布および森林火災の影響に基づいて試料採取し、各種O層の理化学的特徴と溶存成分の溶出について検討した。シベリアの永久凍土の分布は東西で変化しており、西から東にかけて永久凍土の厚さが増加し、不連続永久凍土から連続永久凍土が広がっている。O層の厚さは10-20cmで同程度であったが、O層を被覆する地衣・蘚苔類の種類が西の不連続永久凍土地帯では多種多様であったのに対し、東では貧相であった。C/N比や灰分含量は東西で明瞭な違いは認められなかったが、地衣類被覆のO層は著しく高いC/N比を示した。しかし、O層の分解程度が進行するとC/N比も一様な値に収束する傾向が認められた。コケ類被覆のO層では溶存有機物および溶存イオンの生成量が東の連続永久凍土上のO層で多い傾向が認められ、且つ鉱質土壌への収着能が高い疎水性画分の割合が高かった。連続永久凍土分布域ではO層から比較的難分解性の有機物が鉱質土壌へ供給されているものと考えられ、鉱質土壌の炭素蓄積に貢献していると考えられた。一方、森林火災を受けたO層はC/N比が低く、O層上部のC/N比が高い有機物が優占して焼失したと考えられた。溶存有機態炭素の生成量は火災を受けたO層で少なかったが、O層の質の変化よりもO層の炭素量に依存した溶出を示した。また、溶存炭素が多いO層は塩基の溶出も多かった。植物養分としての塩基類の溶出は灰分含量などの無機成分に依存せず、全炭素および水溶性炭素に依存していたため、有機物の分解過程で生成・溶出するものと考えられた。すなわち、O層は炭素だけでなく植物生育への養分供給も果たしていると考えられた。また、火災後のO層の回復にはおよそ50年以上が必要であることが時間経過に伴うO層の理化学性の変化から推測された。このO層の回復は永久凍土分布域特有の表層地形であるハンモック地形の形成にも関与していることが予測された。北方のツンドラータイガ生態系は巨大な炭素リザーバーとして存在しており、土壌での蓄積が大きい。土壌炭素の最も重要な給源は、低地温を反映して厚く堆積したO層であり、O層から供給される種々の形態の有機態炭素が土壌と相互作用することによって土壌への長期炭素固定を可能にしていると考えられる。同生態系のO層の特性は、永久凍土分布の影響を受けると同時に土壌炭素の分布・動態を支配していると考えられる。そこで、本研究では異なる永久凍土分布がみられるシベリアにおいて、O層を東西のトランセクトに沿って採取し、それらの特性について炭素固定の側面から検討することを目的とした。研究対象地は不連続永久凍土が分布するIgarka、連続永久凍土が分布するTuraおよび東に位置するYakutskとした。植生は西のIgarkaがトウヒの占有割合が高いブラックタイガであり、TuraとYakutskはカラマツを主体とするライトタイガである。