hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
トルコ諸都市におけるセンター領域の空間形態と特性に関する研究

本研究ではセンター領域を対象とし、現地調査に基づきトルコ諸都市の地域的な特性について捉えることを研究目的とする。アナトリア西部21都市において実施した調査から新旧のセンター領域をつなぐ役割を果たす屋外空間の機能と交流空間の形態的な特性を見出し、広場及び主要軸となる街路空間の重要性と多様な空間活用を確認することができた。また、トルコ都市市場紹介サイトにて調査地の都市情報を日本語とトルコ語で公開している。H19-H21年度に行った「トルコにおける都市構造と市場空間の活用に関する研究」での研究成果を発展させ、本研究では伝統的な市場空間と併せて新市街を分析対象に加え、トルコ諸都市の地域的な特性についてセンター領域の空間形態から捉えることを第一目的として研究を進めている。また、研究成果を今後のまちづくりや活性化に役立つデータとするためにWeb上で情報発信を行うことが本研究の第二の目的であり、図面、写真等、調査成果を公開している。H22年度は、H21年度までに蓄積してきたデータに基づき、研究対象、研究方法を検討しながら、現地調査及びデータの整備を行ってきた。第1回都市空間調査(8月16日9月7日実施)では、エーゲ海沿岸都市(マルマリス、ムーラ、エディルネ)を新たな対象として捉え、内陸部の継続調査都市と共にセンター領域の構成及び現状を記録し、文献資料を収集した。黒海沿岸地域のサフランボルにおいては、断食期間とも重なったため、宗教行為と都市空間との関連性を調査した。第2回調査(3月18日3月27日実施)では、イスタンブル、エディルネ、クシャダスを訪問し、第1回調査の補完及びH23年度夏に実施予定の第3回調査の準備を行った。現地研究協力機関として各行政機関の他、イスタンブル工科大学、イスタンブル小売商管理組合、CEKUL(The Foundation for the Promotion and Protection of the Environment and Cultural Heritage)があり、第1回及び第2回の調査において訪問し、意見交換及び資料収集を実施した。また、H21年度までにベースを整備し、Web公開しているトルコ都市・市場紹介サイト」(http://www.turkish-city.jp/)の情報の追加及び校正を行い、公開情報の充実を図っている。Hl9-H21年度に行った「トルコにおける都市構造と市場空間の活用に関する研究」での研究成果を発展させ、本研究では伝統的な市場空間と併せて新市街を分析対象に加え、トルコ諸都市の地域的な特性についてセンター領域の空間形態から捉えることを第一目的として研究を進めている。H23年度は、H22年度までに蓄積してきたデータに基づき、研究対象、研究方法を検討しながら、現地調査及びデータの整備を行ってきた。第3回都市空間調査(8月21日9月10日実施)では、第1回調査に続き、8月の断食期間中は断食の影響が少ないエーゲ海沿岸のリゾート都市を主たる対象として、ボドルム、クシャダス、セルチュク、シリンジェ、イズミールのセンター領域の空間形態を調査し、行政機関では都市計画の取り組みに対する情報収集と資料収集を行った。断食明けの祭りである砂糖祭(2011年は8月29日の午後から9月1日まで)では、アナトリア内陸部のギョイヌックとタラクルにおいて祭りでの都市の変化を調査した。第4回調査(3月18日3月26日実施)では、イスタンブルを訪問し、ファーティヒ区、エユップ区、ベイオウル区、ベシクタシュ区、シシリィ区、カドキョイ区において区ごとの中心エリアを対象に歩行者専有空間の形態を調査した。現地研:究協力機関として各行政機関の他、イスタンブル工科大学があり、第3回及び第4回の調査において諸機関を訪問し、意見交換及び資料収集を実施した。また、H21年度までにベースを整備し、Web公開しているトルコ都市・市場紹介サイト」(http://www.turkish-city.jp/)の情報の追加及び校正を行い、公開情報の充実を継続して行っている。平成19-21年度に行った「トルコにおける都市構造と市場空間の活用に関する研究」での研究成果を発展させ、トルコ諸都市の地域的な特性についてセンター領域の空間形態から捉えることを第一目的として研究を進めてきた。平成24年度は蓄積してきたデータに基づき、現地調査及びデータの整備を行ってきた。第5回都市空間調査(8月15日9月5日実施)では、エーゲ海沿岸および地中海沿岸地域の都市を主たる対象として、ウスパルタ、エレーリ、アンタルヤ、ショケ、アラチャト、イズミールのセンター領域の空間形態を調査し、行政機関では都市計画の取り組みに対する情報・資料収集を行った。

第6回調査(3月19日3月24日実施)では、イスタンブルのファーティヒ区、ベイオウル区、シシリィ区において区ごとの中心エリアを対象に歩行者専有空間の形態について補完調査を実施した。現地研究協力機関として各行政機関の他、イスタンブル工科大学があり、第5回及び第6回の調査において諸機関を訪問し、意見交換及び資料収集を実施した。イスタンブル小売商組合においてはイスタンブル市内における露天市の問題点と取り組みについて意見交換を行った。調査結果をふまえ「トルコ諸都市のセンター領域における屋外空間の特性に関する考察」(学苑・人間社会学部紀要、昭和女子大学、2013年)ではセンター領域の特徴を屋外空間の形態に着目、分析し、屋外空間の重要性を確認することができた。また、平成21年度までにベースを整備し、Web公開している「トルコ都市・市場紹介サイト」(http://www.turkish-city.jp/)の情報の追加及び校正を行い、公開情報の充実を継続して行っている。平成23年度は東日本大震災の影響もあり、本研究に専念する時間の確保が難しかったため、研究成果の公開に遅れが生じている。予定していた調査は現地での協力により、おおむね予定通り調査を実行することができたが、調査データの図面化作業及びweb公開のためのデジタル化作業に遅れが生じている。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は本研究の最終年度であるため、調査データの図面化及びweb公開データ整備のため作業補助スタッフを募集し、迅速に作業をすすめる。同時に調査データの充実を図るために補完調査を行い、調査スタッフ、現地協力者とともに現状の記録及び分析を行う。3年間の研究成果をまとめていくにあたり、研究協力機関とも意見交換し、考察を深めた上で報告書及び論文として成果を公開できるよう努める。
高次元高頻度データの統計解析

本研究では、非常に多数の銘柄を含むような大規模金融データから、その共分散行列および精度行列を推定するための統計理論の開発を目指す。大規模金融データの共分散行列や精度行列は、どの銘柄にどの程度投資をするかという資産運用戦略を構築する上で重要な役割を果たす統計量である。本研究では、特に金融市場の短期間の変動に対応するために、1日内の取引のデータのような高頻度データに着目する。
プラズマ中の電場分布計測システムの開発

種々の放電プラズマ中の電場の空間分布を測定するための新しい診断システムを開発した。また、核融合ブラズマをも対象とした。1.まず、この測定原理に関して理論的な検討を加え、数値計算を行なった。プラズマ中の水素原子を対象とする場合、Hα線の微細構造のうちで禁制遷移3P_<1/2>ー2P_<3/2>と許容遷移3P_<1/2>ー2S_<1/2>との強度比を、シュタルク効果をもとに、電場強度の関数として計算した。その結果、50V/cmの弱電場でこの比がすでに0.5になることを見出した。ヘリウム原子の場合では、二つの禁制遷移2^1Sー3,4^1Dの遷移確率を同じく電場強度の関数として励起用色素レ-ザ-の出力をパラメ-タとし、計算した。一方、この電場には無関係な四重極遷移確率も計算した。その結果、これら両遷移に伴う誘起蛍光の強度比から電場強度の絶対値が、感度較正をしなくても、求められることが示された。2.試作した診断システムは、主として、原子を励起するためのYAGレ-ザ-励起色素レ-ザ-装置、空間分布測定のための光学系を含む分光計測装置、およびデ-タ処理系で構成される。これらの装置を制御し、得られた分光デ-タを処理するコンピュ-タプログラムを作成し、実験に利用した。3.この診断システムにより、ホロ-カソ-ド放電プラズマの陰極暗部の電場分布を実際に測定できることを示した。4.核融合プラズマに対しては、ヘリウム中性ビ-ムプロ-ブを用いて複雑ではあるが、類似した診断システムを開発した。5.今後、偏光の測定も行えば、さらに弱電場の精密な測定が可能になるものと期持される。これまでにも、偏光度の理論的考察を行い、数値計算を行うための新しい知見を得ている。放電プラズマ中の電場分布計測システムを開発することを目的として、今年度の成果は以下のとうりである。プラズマ源として平行平板型のホロ-カソ-ド放電管を製作した。一対のアルミ製の平行平板陰極の間隔は6mm(可動)であり、ガス圧は1ー2Torr、放電電流40Aで実験を行った。ヘリウムガスの場合、負グロ-領域では、電子密度は1.5x10^8cm^<-3>、電子温度は3.5eVであった。強い電場が存在する陰極暗部において、色素レ-ザ-により準安定準位2^1Sから準位4^1Dへ禁制励起を行い、十分強い誘起蛍光492.2nm(4^1D→2^1P)を観測できた。一方、同じ準安定準位2^1Sから4^1Pへ許容励起させると、原子間衝突により4^1Dへの移乗がおこり、同じ誘起蛍光がみられることを示した。簡単なモデルを基にして、両者の強度比の平方根が電場強度に比例することを明らかにした。この結果を利用すれば、電場強度の空間分布を測定できることになる。このホロ-カソ-ド放電の負グロ-と陰極暗部の空間分布を測定するため、放電管全体をレ-ザ-光軸に対して垂直に微動した。測定の結果、陰極暗部の電場分布は予想されたように陰極面から直線的に変化するものが得られた。このように、原子間衝突を利用した測定法は本研究で新しく開発されたものである。

この特徴としては、全く同じ波長の誘起蛍光を観測するだけであるから、分光感度較正を必要としないことである。ただし、電場強度の絶対値は求められないので、必要がある場合、電場の比較的強くて測定が容易な1点で絶対値を、例えば、禁制線・許容線強度比法で測定すればよい。今後、水素原子を対象とするため、YAGレ-ザ-励起色素レ-ザ-装置を設置し、Hα線の微細構造を分離するように調整している。発振波長幅は現在約0.07cm^<-1>である。低気圧気体放電プラズマ中の電場分布をできるだけ詳細に求める簡便な計測法の開発を行ってきた。求めるべき電場強度の範囲は1kv/cm程度から下限は、100V/cm以下である。電場分布計測では、空間分解能が0.1-0.2mm程度になることを目標とした。このような測定を可能とするため、繰り返し周波数が約10Hzで安定な発振を持続するYAGレ-ザ-励起色素レ-ザ-装置を用いて計測システムを構成した。レ-ザ-発振の各ショット毎に観測される誘起蛍光の信号は、デジタタルオシロスコ-プとパ-ソナルコンピュ-タで処理・制御されるプログラムを作成した。電場の測定には、感度の高いことを考慮して、シュタルク効果による禁制励起にレ-ザ-誘起蛍光法を併用した。この際、同じ遷移に対応する四重極遷移及び関連する共鳴励起も測定し、これを一つに基準とすれば、電場の絶対値が求められることを示した。実際に観測する蛍光は、同じ波長のものであるから感度較正の必要がなく、計測法として大変簡便なものである。このことは、ヘリウムホロ-カソ-ド放電の陰極暗部と負グロ-部の電場分布計測に適用して実証した。今後の課題としては、弱電場の測定を感度よく行うためにレ-ザ-誘起蛍光の偏光度を精密に測定ことを本計測システムに取り入れる必要がある。弱電場の測定は、水素原子のHα線の微細構造を分離して測定すれば可能であることを示したが、偏光度の測定ができれば、測定精度をあげることができる。偏光度の理論的考察を行い、数値計算を行うための新しい知見を得ている。
遷移境界層中の秩序渦構造の発達に関する統一的モデルの構築

本研究では、層流・乱流境界層中に存在する渦構造の発達および干渉過程を解明し、境界層の乱流遷移機構を統一的に説明し得るモデルを構築することを目的とし、層流境界層中の乱流斑点や乱流境界層中の大規模馬蹄形渦などの相互干渉過程に関する実験を行った。風洞中に置かれた平板上に形成した層流・乱流境界層中に各々一対の乱流斑点や馬蹄形渦を人為的に発生させ、それらを相互干渉させた時における渦構造の変化を熱線プローブによる計測と煙線法による可視化を行い、以下の結論を得た。1.層流境界層中で二つの乱流斑点をスパン方向に並べて干渉させた場合、斑点同士の融合部では、単独斑点と比較して斑点を構成するヘアピン渦同士の干渉によって鉛直方向への成長が促進され、その上層部に横渦を有する強い構造が形成される。それが乱流境界層中の最初の大規模渦構造(バルジ)へと発達する可能性を示した。2.乱流境界層中で二つの大規模馬蹄形渦をスパン方向に並べて干渉させた場合、馬蹄形渦の内側脚部が分離し、馬蹄形渦の頭部が結合し、M字型構造を経て大規模馬蹄形渦を形成する。その時、分離した内側脚部は低層におけるストリークへと変化する。3.乱流境界層において、一方の馬蹄形渦を20msecの位相差をつけてスパン方向に並べた場合、内側脚部上部の下流側に馬蹄形頭部のバルジとは逆方向に回転する渦構造が表れ、真横に並べた場合のような明確な馬蹄形渦頭部の結合は生じない。この時、後続馬蹄形渦は先行馬蹄形渦に比べて早く減衰する。4.流れ方向に位相差をつけて二つの馬蹄形渦を相互干渉させた場合、低速上昇流が重なり合い、そこに単独馬蹄形渦よりも強いレイノルズ応力が発生する。5.層流境界層中の乱流斑点の内部構造(ヘアピン渦)や、乱流境界層中の馬蹄形渦の相互干渉による変化の過程を解明することによって、渦モデルを用いた境界層遷移に関する統一的なモデルを構築することができた。本研究は、境界層の遷移過程に存在する種々の秩序渦構造やそれらの発達過程における関連性という観点から境界層遷移のメカニズムを統一的に説明し得るモデルを構築することを目的として、層流境界層中の乱流斑点や乱流境界層中の大規模馬蹄形渦の相互干渉過程を実験的に解明することを目指している。低乱風洞中の平板上に発生させた層流・乱流境界層中に乱流斑点や馬蹄形渦を形成し、その相互干渉を煙線法による流れの可視化とX型熱線プローブによる計測を行い、以下の結論を得た。1.層流境界層中に同位相で形成された一対の乱流斑点は下流に向かって成長するとともに、相互の翼端部で干渉し、下流でひとつの大きな斑点になる。このとき、融合した斑点の外形は単独斑点の輪郭を重ね合わせたものに等しい。2.同位相で乱流斑点を干渉させた場合、二つの斑点の融合部では乱流斑点内部のヘアピン渦同士の干渉によって鉛直方向への成長が単独斑点のものより促進されるとともに、その上層部に強い構造性を有する横渦が形成される。

それが乱流境界層中の馬蹄形渦へ発達する可能性が示唆された。3.乱流境界層中において二つの馬蹄形渦を同位相で干渉させた場合、馬蹄形渦の内側脚部が分離し、それ以外の馬蹄形同士が結合し、一つの大規模馬蹄形渦を形成する。4.層流境界層中における乱流斑点の内部構造の変化、乱流境界層中の馬蹄形渦の相互干渉に関して上記の知見を得ることができ、それらを通じて、ヘアピン渦と馬蹄形渦によって遷移境界層に関する統一的なモデルを構築することの可能性を示すことができた。本研究の目的は、平板境界層中に存葎する渦構造の発達過程を解明し、境界層の乱流遷移機構を統一的に説明し得るモデルを構築することである。そのため、層流境界層中の乱流斑点や乱流境界層中の大規模馬蹄形渦などの相互干渉過程の実験的検証を行った風洞中に置かれた平樺上に形成した層流・乱流境界層中に各々一対の乱流斑点や馬蹄形渦を人為的に発生させ、その相互干渉時における渦構造の変化を熱線プローブによる計測と煙線法による可視化を行い、以下の結論を得た。1.層流境界層中で二つの乱流斑点が同位相で干渉した場合、斑点同士の融合部では、単独斑点と比較して斑点を構成するベアピン渦同士の干渉によって鉛直方向への成長が促進され、その上層部に横渦を有する強い構造が形成される。それが乱流境界層中の最初の大規模渦構造(バルジ)へと発達する可能性を示した。2.乱流境界層中で二つの大規模馬蹄形渦をスパン方向に並べて干渉させた場合、馬蹄形渦の内側脚部が分離し、馬蹄形渦の頭部が結合し、M字型構造を経て大規模馬蹄形渦を形成する。その時、分離した内側脚部は低層におけるストリークヘと変化する。3.一方の馬蹄形渦を20msecの位相差をつけてスパン方向に並べた場合、内側脚部上部の下流側に馬蹄形頭部のバルジとは逆方向に回転する渦構造が表れ、真横に並べた場合のような明確な馬蹄形渦頭部の結合は生じない。この時、後続馬蹄形渦は先行馬蹄形渦に比べて早く減衰する。4.流れ方向に位相差をつけて二つの馬蹄形渦を相互干渉させた場合、低速上昇流が重なり合い、そこに単独馬蹄形渦よりも強いレイノルズ応力が発生する。5.層流境界層中に存在する乱流斑点の内部構造(ヘアピン渦)や、乱流境界層中の馬蹄形渦の相互干渉による変化の過程の解明を通して、渦モデルを用いた境界層遷移に関する統一的なモデルを構築することができた。
II-VI族半導体量子井戸構造における光学利得の生成機構の解明

ワイドギャップII-VI族化合物半導体では、III-V族化合物半導体の場合と異なり、レーザ発振機構、即ち、光学利得の生成機構への励起子の寄与が指摘されている。このことは、II-VI族半導体の場合、III-V族半導体の場合と比較して、励起子のボ-ア半径が比較的小さく、かつ、その束縛エネルギーが大きいために、高密度励起による励起子のスクリーニングが生じにくく、励起子がより高密度の状態まで安定に存在することに起因している。そこで本研究では、II-VI族半導体量子井戸内に形成される高密度励起子系が示す基礎物性に着目し、高密度励起下で観測される励起子系発光スペクトルの時間分解分光を行った。その結果、II-VI族半導体量子井戸内に形成される励起子分子の存在を明らかにし、その励起子分子発光の時間減衰特性や、励起子分子-励起子間の循環プロセス等を初めて評価した。まず、MOMBE法により作製されたZnCdSe-ZnSSe多重量子井戸構造について、その量子井戸層幅(L_W=8nm)が励起子のボ-ア直径と同程度である試料に対して、励起子分子の束縛エネルギーが約15meVに増大することを明らかにした。この値は、バルクZnSeにおける励起子分子の束縛エネルギー(3.5meV)の約4.3倍である。さらに、この励起子分子の発光寿命は、6psであり、バルクZnSeの場合の40psと比較して非常に短い値を示すことが明らかにされた。この実験結果は、励起子分子-励起子間の光学遷移に対する振動子強度が、量子井戸の場合、バルクと比較して約7倍増大していることを示している。また、CuCl等では、励起子分子の輻射再結合過程が光学利得の生成機構に関与するという報告があるが、II-VI族半導体量子井戸構造の場合、励起子分子は光学利得の生成機構に寄与せず、その光学利得の生成機構は、励起子の局在化と局在励起子状態の部分的な位相空間占有効果によって説明された。
T2強調画像信号強度およびT2を指標とした活動筋分析：把握動作時の筋活動分析

0.2T立て膝用コンパクトMRIを用い手関節運動に関する活動筋を行った。平成24年度から平成27年度まで基礎研究を続け前腕筋の活動筋分析が可能になった。本研究では、より高解像度の得られる口径130mmのプローブを準備し、応用として道具を使用したときの把握動作に関する活動筋分析を計画した。平成27年度はプローブに合わせた機能的固定具を作製し、T2強調画像と目視判断の判定方法、及び運動方法について予備研究をおこなった。機能的固定具は、プローブの口径に合わせて微調整を繰り返した。運動はプローブ外で行い撮像時に戻す方法を考案した。各把握動作の筋活動分析は、実際の道具として、瓶蓋開閉動作、鍋の上下運動、消しゴム運動として表面筋電図法とともに分析をおこなった。また各種の把握動作における応用として、スポーツ動作の例としてゴルフスイング動作の活動筋分析を表面筋電図法とともに試みた。プローブ外での運動がより自然な形であり実際的であり有用と考えられた。T2画像における判定はマルチスライススピンエコーMRI法では、運動後の信号強度(Ms)、拮抗筋の安静時の信号強度(M)、基準値A = M + SD ×1.65、有意な画像強度上昇はMs > Aとして検討した。また活動筋分析の至適運動負荷として、最大静止性収縮100%Maxに対する25%で運動負荷を行うことを計画したが道具使用時の筋活動分析では協同作用となる時期が不明であるため、より軽度の負荷とした。精密把握動作では無負荷によりall outもしくは亜最大までで測定可能と考えられた。また活動筋の判定方法としてT2緩和時間34±4msを一つの基準として提唱した。平成24年度から平成27年度まで0.2T立位膝用MRIにより基礎的研究を続け活動筋の分析が可能になった。本研究ではより高解像度の得られる口径130mmのプローブを準備し、道具を使用したときの把握動作に関する活動筋分析を計画した。平成27年度はプローブに合わせた機能的固定具の作製し、T2強調画像と目視判断の判定方法、運動方法について予備研究をおこなった。平成27年度の実験研究を通じて機能的固定具は、現在改良を続けているがプローブの口径が小さいため運動が当初計画したより制約され容易ではないことがわかった。運動はプローブ外で行い撮像時に戻す方法が実際的との考えに至った。また、各把握動作の筋活動分析に実際の道具を使用することになるので、プローブ外での運動がより自然な形であり実際的と考えられた。T2画像における判定はマルチスライススピンエコーMRI法では、運動後の信号強度(Ms)、拮抗筋の安静時の信号強度(M)、基準値A = M + SD ×1.65、有意な画像強度上昇はMs > Aとして現在検討している。また、最大静止性収縮100%Maxに対する25%で運動負荷を行うことを計画したが道具使用時の筋活動分析では協同作用となる時期が不明であるため、15%Maxで30から40回程度をセットとした漸増負荷が適切であると考えられた。平成27年度は把握動作時の活動筋を分析と比較するため、前腕の各筋が活動する各手関・前腕運動に対する徒手抵抗をおこない活動筋を観察した(日本磁気共鳴医学会、2015年)。平成28年度の予備研究として、平成27年度は「蓋を開ける」動作時の筋活動分析を続けている。計画したよりも口径に合わせた機能的固定具の作製に関して、材質を含めて改良しているが容易ではなくやや遅れている。プローブの口径が小さいためプローブ内での運動が容易ではないと考えられるため、プローブ内運動前安静時撮影、プローブ外運動、プローブ内運動後安静撮影のように運動後に運動前の位置へ戻すための固定具の改良をおこなっている。平成2427年の研究結果から静止性最大収縮を100%Maxに対する25%Max、15%Max負荷を等張性でおこなうことを計画したが、プローブ外での運動に変更し、プロトコールを道具を用いたときに最大静止性収縮5秒間で、30回もしくは40回ずつの漸増法で研究を進める。平成27年度は把握動作を分析と比較できるように、前腕の各筋を分析するために各手関節・前腕運動に対して徒手抵抗で負荷をおこない、現在なお観察を続けている(日本磁気共鳴医学会、2015年)。平成28年度の予備研究として、現在「蓋を開ける」動作時の筋活動分析をおこなっている。我々は0.2TコンパクトMRIを用い骨格筋の運動分析に関する基礎研究を行ってきた。この装置は、低磁場であるがコンパクトであり、機動性があるため臨床での応用範囲が広いと考えられる。平成24年から平成27年で運動前後での筋活動が安定して分析可能となった(基盤研究(C)24500609)。本研究では小さい筋束で測定が高解像度となるよう口径13cmの小プローブを準備し、応用動作として日常生活に用いられる道具使用時における前腕筋の活動について分析を行っている(基盤研究(C)15K01430)。平成28年度は小プローブ用に前腕の固定装置の微調整と道具使用時における運動負荷方法について検討した。プローブの直径を小さくしたため、運動時はプローブ外で施行して、運動後にプローブに戻して撮像する方法とした。28年度は表面筋電図法での測定とマルチエコー法での画像観察を計画し検討した。

表面筋電図法での電極位置とT2強調画像の比較では、表面筋電図法での電極位置に貼付したマーカーとT2強調画像を比較する方法に多くの時間を要した。筋を収縮させマーカーを貼付し、画像観察から修正して電極を置く方法とした。また画像から深部筋に対する電極位置を考案した(第87回理学療法科学学会、2017)。運動負荷方法については、漸増負荷について検討し何セット程度で観察可能か検討した(第44回日本磁気共鳴医学、2016)。長拇指外転筋と回外筋など小さい筋束の分析を可能とするため、小指伸筋、示指伸筋の活動を単独に等尺性収縮行い観察可能か検討した(第44回日本磁気共鳴医学会)。計画では握力把握系、精密把握系の順に実施することを計画していたが、研究上の流れから負荷方法を検討するため、精密把握系である瓶蓋の開閉動作を先行して検討している(第20回マイクロイメージング研究会,2016)本研究ではより高解像となるように13cm口径のプローブを使用している。このため新しくプローブ用に機能的固定具を作成したため、改良と微調整に多く時間を費やした。口径が小さいため運動をプローブ外で実施し、運動後に前腕をプローブ内に戻すようにしている。「瓶蓋の開ける」動作の観察のため、当初、安静時にMR画像を撮像後、プローブ外で運動とともに表面筋電図法で活動電位を導出した。プローブ内では筋電図用電極を外す必要があり、運動負荷時に両者の測定時間を近づけるように検討した。運動の終了は、オールアウトとしてすぐにプローブ内に戻して撮像した。しかし、瓶蓋の開閉動作では浅指屈筋、深指屈筋と手関節伸筋群が活動している様子が窺われ、活動の順位が明らかではないと推察された。このため運動負荷方法は、漸増法として活動の様子を確認しながら撮像すのが適切と考えられた。平成28年度は、把握動作系から順次測定する予定であったが、方法について検討する必要があり精密把握系である瓶蓋の開閉運動から検討しているところである。当初の計画では、道具使用時の活動筋分析にはマルチエコー法を考えていたが、道具使用時は把握動作に指の筋が活動するため、前腕を広範囲に観察できるマルチスライススピンエコー法が適切と考えられた。従来の方法である表面筋電図学的研究については、前腕の筋に関する研究報告は少ない状況にある。表面筋電図法とMRIの測定では時間差をなるべく近づけるための運動負荷方法について多くの時間を要した。また道具使用時の筋活動分析では、道具の種類と負荷方法を決定するのに多くの時間がかかった。道具使用時について、表面筋電図法の電極の貼付位置とMRI法による測定を調整するのに多くの時間がかかった。表面筋電図法では、従来どおり深部筋の活動電位の導出は困難と考えられた(第87回理学療法科学学会2017)。平成29年度の実績は、以下のとおり学会発表を行った。(1)秋山純和,高森正祥,吉田一也,大塚博,石坂勇人,大橋好偉,拝師智之,瀬尾芳輝:T2W-MRIを用いた連続負荷亜最大時の前腕筋活動分析-瓶蓋開動作-,第21回マイクロイメージング研究会(キャンパスイノベーションセンター東京)0.2T立位膝用MRIを用い、前腕の活動筋分析を行っている。表面筋電図法および超音波では深部筋および協同筋の観察が容易ではないが、平成24年度から4年間の研究によりT2W-MRI法により分析が可能となった。
理科教育における地域性を生かした地震防災教育の実践的研究

近年,マグニチュード7.2以上の大地震が続発し,この5年間で死者6,600人,負傷者44,000人を超している。地震災害から身を守り,被害を減少させる防災教育は緊要な課題である。本研究では,理科教育における地震防災教育の課題を明かにするために,地震防災教育の授業プランを作成し,内陸部の帯広市と沿岸部の室蘭市の中学校において,プランに基づく授業を実施した。その結果,理科教育における地震防災教育に関して,つぎのような成果と課題が明かになった。1.理科教育における地震防災教育のねらいは,地震災害予測能力に至る知識と考え方の形成。2.地震災害予測の学習には,「地震」と「地域の地史」の2本によって構成される。3.地震災害は,震動,地盤変動,津波を原因とし,その発生は特定の地形・地質に相応する。4.地形の外観や地質を地史的観点から理解(自然の歴史的認識)することにより,特定の地形・地質に相応する地震災害の発生やその危険度を予測することができる。5.今後の課題は,各地の地史を組み立て,地域に応じた授業プランの作成,それに基づく実践・検証,さらには地震災害における学習の柱を他の自然災害へと転化・発展させ,研究対象の拡大を図ることである。今年度の研究は次年度に実施予定の,帯広および室蘭地域での中学校理科における地震防災教育実践校を決定し,さらにその学校周辺の教材づくりをすすめることがおもな課題であった.第1の課題である実践校については,帯広地域では帯広市立帯広第五中学校が,また室蘭地域では,室蘭市立本室蘭中学校で実施させていただけることになった.第2の課題である,各学校周辺の地震防災教育のための教材づくりに関しては,液状化,地盤災害,室蘭では津波の危険性などについて,現地の地質調査と関連資料の収集に取り組み,また教材化のための写真およびVTR映像を撮影した.これらの一部はデータベース化し,OHP化をすすめている.なおデジタルビデオの映像は,考えていたほど画像の拡大ができないことが判明した.これらの学校周辺地域の地震災害として,帯広では液状化が,室蘭では液状化と津波災害が,授業の中心テーマとなることが,周辺の地盤・地質調査から明かになった.また授業で使用する学校周辺の液状化ハザードマップの作成を帯広地域では完成させたが,室蘭では当初予定して作成した地域内の中学校での実践が実らず,実施校となった地域でのハザードマップは現在作成中である.次年度は,これらの教材をもとに現地の中学校の理科担当者の協力を浮け,各地域の地質学的形成史をふまえた,理科教育における地震防災教育の授業実践を行う予定である.近年,マグニチュード7.2以上の大地震が続発し,この5年間で死者6,600人,負傷者44,000人を超している。3.地震災害は,農動,地盤変動,津波を原因とし,その発生は特定の地形・地質に相応する。
有形・無形文化財を対象とした立体映像表現における拡張呈示技法に関する研究

平成29年度における拡張映像表現の手法追求に関して、当初の予定では鑑賞者の中心に疑似立体スクリーンを提示、疑似的にパノラマ表現し、左右の周辺視野情報として、中心のイメージに合わせたイメージを2D、および3Dで提示することで臨場感の有効性について検討する、としていた。しかし左右のイメージを追加するだけでなく、上下を含めたすべての周辺視野イメージを提示することで、臨場感につながる一つの要素である「包囲感」を創出することができると考え、平成30年度においては、当初の研究計画であった「コンテンツ制作および上映、評価検証」を、「立体映像を用いた包囲感を創出する多面提示手法の検討」と設定し、立体映像の拡張提示手法を更に向上させる計画に変更した。本研究の目的は、S3D映像技術を用いたコンテンツ制作を通して、「包囲感」を創出するS3D映像の多面提示手法と、それに適したS3D映像表現手法の効果について検証するものである。文化財を対象としたS3D映像コンテンツを制作する際の映像表現の検討だけでなく、文化財が置かれているその場の状況を鑑賞者にいかに感じてもらうか、それが文化財の姿を視覚的に伝えるために重要であると考え、多画面構成の提示による広視野表現の追求を行った。包囲感を表現するために必要なのは、周辺視野の視覚情報であり、人の眼の隅に入る周辺視野のイメージが、映像の中の世界に自分がいると思い込める状況を作り出せると仮説を立て、多面提示撮影用のS3Dカメラシステムを設計、構築し、さらに多面提示用の実験ブースを設計、構築して実験を行い、検証した。その結果、S3Dによる5面提示が最も評価が高かった。また多面提示におけるショットの切り替え表現に対する違和感もなく、本提示手法が有効であることが明らかにされた。本研究は、自身のコンテンツ制作から提示までを総括した実践的研究となった。平成28年度においては,広画角で記録した立体映像を疑似スクリーンとして立体空間に配置する際の形状設計を行い,パノラマスクリーン効果を創出し,ダイナミックな映像を表現できる呈示技法について検討した.本研究においては疑似パノラマスクリーンの形状設計の検討を行った.超広角カメラで記録した映像の歪曲したパースペクティブを補正するためには,記録したカメラのレンズ特性や歪曲収差などを測定した上で補正を行うが,本研究においては,対象となるカメラで記録したグリッドパターンの画像を用いて,歪曲したラインを直線に補正する方法を検討し,結果としてパノラマスクリーンの形状になったイメージをガイドラインとして,CGソフトウェアで立体的に,カーブ状の疑似パノラマスクリーンとして再現した.これを用いて,通常のスクリーン形状と擬似パノラマスクリーンを映像のショット毎に切り替えることで,映像コンテンツとして,スクリーン形状の変化が鑑賞者に違和感を与えてしまうかどうかを実験で検証した.結果として,擬似パノラマスクリーンと通常形状スクリーンを組み合わせた編集であってもひとつのシーンとして認識されていたこと,また通常形状からパノラマ形状に切り替えることで,高視野感や強調感を与えられることがわかった.また本研究の目標である立体映像を用いた拡張映像表現の効果について,当初の予定では拡張映像表現は中心に立体映像を設置し,疑似立体スクリーンを呈示,疑似パノラマ表現を行い,その左右に周辺視野の視覚表現として中心の立体イメージに合わせた左右の連結したイメージを2Dで投影する,としていたが,周辺視野の映像を2D表現だけでなく,3D表現も導入した上で,効果の違いを検討することに変更した.そのため周辺視野用映像の立体による再撮影や映像投影の配置に関する検討,検証実験の内容に関する再検討を行った.平成28年度前半の目標である「広画角立体イメージの疑似立体スクリーン化における形状設計」については,単体のスクリーンを用いて呈示効果を検証するものであり,一定の結論を導き出すまでに至った.同じく28年度後半においては「拡張映像呈示技法における周辺視野表現のための多面撮影技法の検討と実践」と目標を設定していた.ここでは,立体映像を用いた拡張映像表現の効果について検証を行うため,疑似立体スクリーンを呈示,疑似パノラマ表現を行い,その左右に周辺視野の視覚表現として中心の立体イメージに合わせた左右の連結したイメージを2Dで投影する予定であった.しかし,2Dによる検証に加えて3Dで呈示する場合の効果についても検証し,最も効果的な拡張映像表現を考察すべきであると考え,3D表現も導入した上で,効果の違いを検討することに変更した.また周辺視野は,左右だけでなくスクリーン後部の壁面や天井部もカバーすることでさらに効果を伴うものと考え,拡張した映像の設計も追加して行うこととした.検証内容の変更は行い,作業としては増加しているが,本研究の精度を高めるために必要な変更と考えており,本研究の進捗状況としては,順調に進展していると判断した.本課題における平成29年度の研究計画は、記録蓄積した立体映像データを用いて拡張映像提示技法に応じた立体映像コンテンツを制作し投影実験までを行い技法の有効性について検討することであった。当初の予定では、正面の立体映像提示に加えて周辺視野の映像を2Dで提示しその効果を検証することであったが、周辺視野の映像に関して、2Dでの表示、立体での表示のいずれが効果的であるのかを確認すべきと考えた。さらにスクリーンを用いない、室内の壁面全面に投影する包囲感を高め臨場感を創出する多面提示環境を構築し、提示実験と検証を行った。本研究で構築した提示システムは臨場感といったS3D映像の特性を生かした通常の展示スペースでも対応出来る小規模で導入しやすいS3D多面提示システムであることを目指した。本研究では神楽を対象とした多画面提示による広視野表現に関する検討を行った。

包囲感を表現するために必要なのは、周辺視野の視覚情報であり、人の眼の隅に入る周辺視野のイメージが、映像の中の世界に自分がいると思い込める状況を作り出せると仮説を立て、多面提示撮影用のS3Dカメラシステムを設計、構築し、さらに多面提示用の実験ブースを設計、構築して実験を行い、検証した。その結果、S3Dによる5面提示が最も評価が高かった。映像コンテンツは「編集」を通してショットの切り替えによる「シーン」が形成される。多面提示は周辺視野までを覆い尽くす映像表現技法であるため、ショットの切り替えによる違和感の発生も考えられたが、概ね違和感のない結果となった。また多面提示における映像構成として、「被写体の動作の範囲を一画面内に収める」こと、「シーンにおけるショットの切り替えを考慮した被写体の配置画面を検討する」ことが重要であることがわかった。また注視する「動きのある被写体」が周辺視野に散在しない表現設計が重要であることも明らかになった。当初の予定では、既存のスクリーンを中心に設置し、立体映像を投影、その周辺は2D映像で表現するという仕様になっていた。この場合、中心イメージと周辺視野イメージは融合しておらず、スクリーンの後ろにレイヤー上に周辺イメージが提示されている状態となる。本研究を進めていく上で、文化財が置かれている状況、周辺環境の様子までを、注視させたい主たる被写体が含まれる正面イメージとシームレスにつなげることが重要ではないかと考えた。当初の計画では、スクリーンを用いて立体映像の拡張表現を試みようとしたが、そのスクリーンの存在自体が、臨場感、没入感の創出の妨げとなっているのではないかと考えた。それがスクリーン、映像が提示されていることを感じさせない提示・表現技法を検討するに至ったものである。そこで、新たに「包囲感」に着目した。眼を覆うような映像提示を行い、包囲感を創出することで、臨場感につながり、鑑賞者をより映像の世界に引き込む効果を生み出せると仮定し、多面提示手法を検討することとした。結果として、当初の計画で想定される効果よりもさらに高い効果を確認できた。平成29年度における拡張映像表現の手法追求に関して、当初の予定では鑑賞者の中心に疑似立体スクリーンを提示、疑似的にパノラマ表現し、左右の周辺視野情報として、中心のイメージに合わせたイメージを2D、および3Dで提示することで臨場感の有効性について検討する、としていた。しかし左右のイメージを追加するだけでなく、上下を含めたすべての周辺視野イメージを提示することで、臨場感につながる一つの要素である「包囲感」を創出することができると考え、平成30年度においては、当初の研究計画であった「コンテンツ制作および上映、評価検証」を、「立体映像を用いた包囲感を創出する多面提示手法の検討」と設定し、立体映像の拡張提示手法を更に向上させる計画に変更した。本研究の目的は、S3D映像技術を用いたコンテンツ制作を通して、「包囲感」を創出するS3D映像の多面提示手法と、それに適したS3D映像表現手法の効果について検証するものである。
顕微質量分析法による代謝物分布情報に基づく腫瘍不均一性の検証

顕微質量分析イメージングにより腫瘍組織における種々の代謝物の局所分布の検出に成功し、これにより代謝適応を通じて形成される腫瘍の不均一性を示すことができた。この結果はがんの代謝学的側面への洞察を与え、診断・治療への応用開発に有用である。腫瘍病変組織を用いた顕微質量分析にむけて、キャピラリー電気泳動質量分析によるヒトがん細胞株のメタボローム解析に基づいて追求対象候補となり得る代謝中間体を把握した。顕微質量分析によるそれらの検出に適したin vivoモデルからの採材法と組織切片作製法を確立した。免疫不全動物であるNOGマウスにヒトがん細胞株を移入し、本研究に適したin vivoモデルを作製した。皮下腫瘍組織を対象に、ヌクレオチド、ヌクレオチド糖、グルタチオン、解糖中間体を含む種々の代謝物の顕微質量分析イメージングが得られた。がん細胞の酸化ストレス抵抗性や糖鎖異常に関連する代謝物が腫瘍部に一致して豊富に認められる一方、複数の代謝物の腫瘍組織内の不均一性が示された。また、これまで報告されていない、低酸素環境に対するがんの特異な代謝適応の存在を示唆する代謝中間体の特徴的局在分布も検出された。ヒトがん細胞株の低酸素培養実験検討にて、そのような代謝適応の存在を裏付けるような代謝関連遺伝子発現の挙動が観察された。このような低酸素環境に対するがんの特異な代謝適応の分子基盤を明らかにすることで新たながんの診断・治療の分子標的がもたらされることになる。ヒトがん臨床検体を対象とする顕微質量分析に向けて、必要な研究機関内の倫理委員会の承認を得た後、手術で採取される組織からの最適なサンプリング法を確立した。予備検討として、1例の顕微質量分析イメージングを実施し、上述のin vivoモデルの場合と比較しながら追求対象候補となる代謝物を選定した。この結果を踏まえて、今後症例を集積する予定である。免疫不全動物であるNOGマウスにヒトがん細胞株を移入し、本研究に適するように確立したin vivoモデルをさらに発展させるべく、MALDI-mass spectrometry imagingの定量性の問題を考慮して異なるサンプル切片問での比較検討を可能にする新規の半定量的解析法を開発し論文発表に至った。これにより、同一アッセイでない複数のサンプルを比較して知見を得ることが可能となった。in vivoモデルにおける皮下腫瘍組織を対象にMALDI-mass spectrometry imagingによる解析を通じて腫瘍組織内の代謝の不均一性が示された。壊死部近傍において脂肪酸異化亢進を示唆する代謝中間体の特徴的な分布が明らかとなり、低酸素や飢餓等の環境ストレスに対するがんの特異な代謝適応の存在が示唆された。このようながんの特異な代謝適応の分子基盤を明らかにすることで新たながんの診断・治療の分子標的がもたらされることになる。研究機関内の倫理委員会の承認のもと、患者の同意を得た手術検体を用いてヒトがんを対象とするMALDI-mass spectrometry imagingによる解析を実施した。前年度に確立したサンプリング法に準じて、複数症例の肝細胞がん(HCC)と肝内胆管細胞がん(CCC)の腫瘍組織を採材し解析した結果、腫瘍内における脂質の特異な分布が検出された。このような代謝物の組織局在は、これまでの形態学的組織所見のみでは限界のあった腫瘍病理学的理解を深化させる極めて有用な所見と考えられる。in vivoモデルにおける皮下腫瘍組織を対象に前年度に実施したマトリックス支援レーザー脱離イオン化(MALDI)法による質量分析イメージングにおいて、脂肪酸酸化亢進を示唆する代謝中間体の特徴的な分布が壊死部近傍に検出された。この結果から示唆された低酸素に対するがんの特異な代謝適応の存在について分子生物学的・生化学的検証を実施した。低酸素培養ヒト大腸がん細胞株のトランスクリプトーム解析にて、脂肪酸酸化の代謝関連遺伝子の一部、脂質代謝活性化に関わるPPARファミリー分子により誘導される複数の遺伝子、および心筋に特徴的な細胞骨格タンパク遺伝子の発現が上昇していた。電顕像では低酸素培養したヒト大腸がん細胞株にグリコーゲン顆粒が顕著に観察され、生化学的定量解析でもグリコーゲンが増加していた。脂肪酸酸化の薬理学的阻害実験により、低酸素培養における細胞生存の軽度減少とグリコーゲンの著明減少が認められた。これらの結果から、低酸素環境に対する腫瘍細胞の代謝適応の一環として心筋代謝とのアナロジーが存在する可能性が示された。得られた知見はこれまでに指摘されなかった腫瘍の代謝生物学的側面であり、がんの新たな診断・治療の分子標的となり得る。ヒトがん手術検体を対象にMALDI法による顕微質量分析では動物モデルと異なり、ヌクレオチド、糖ヌクレオチド、グルタチオン、解糖中間体等、主要基本経路の代謝物の良好なイメージングは得られなかった。原因として、血管の結紮・吻合処置等の切除前後で不可欠な術中手技が虚血性変化をもたらし組織代謝が人為的に変調をきたしてしまうためと考えられた。一方、十分量採取可能ながん生検由来の組織切片では腫瘍組織の代謝の大きな変調をきたす手技が伴わないため、それらの良好なイメージングが得られた。

基本となるin vivoモデルの確立と臨床検体の最適なサンプリング法の確立が前年度に実現できたため、概ね計画通りに進展している。24年度が最終年度であるため、記入しない。in vivoモデルにおけるMALDI-mass spectrometry imagingによる解析を通じて腫瘍の代謝不均一性を示す所見を集積しつつ、それをもたらす分子基盤を理解するために代謝関連分子の挙動を遺伝子発現解析等で検討する。動的に腫瘍組織内の代謝不均一性を把握することをめざし、質量同位体標識物質投与後のin vivoモデルにおけるMALDI-mass spectrometry imagingによるフラクソームイメージングのアッセイに着手する。臨床検体を用いたMALDI-mass spectrometry imagingによる解析をさらに集積するとともに、特徴的な分布を示す脂質代謝中間体の詳細を同定する。当該年度の研究を通じて、脂質の検出がマトリックス塗布法によって影響されることが明らかとなり、同じマトリックスでもスプレー法と蒸着法の両方で測定・解析を行い、知見を集積する方針である。
生殖過程における外来遺伝子の伝達

外来遺伝子を植物細胞の染色体に導入してトランスジェニック植物をうる技術はほゞ確立し、農薬耐性植物、ウイルス抵抗性植物などの有用植物がすでに実用の段階にある。しかし導入された外来遺伝子が生殖過程を通じて何代も先まで安定して保持され、その機能が発現されなければ、種の壁を越える新しい育種法としてのトランスジェニック植物の作出はその意義を失う。このような視点に立って、本研究班は生殖過程を通しての外来遺伝子の安定性、不安定性の分子的基盤を明らかにしようとしている。この目的のため岡田はタバコモザイクウイルスの弱毒株のゲノムcDNAを導入したトランスジェニックタバコについて、そのウイルス抵抗性を指標にして調べた。その結果、R_0では強いウイルス抵抗性を示したトランスジェニックタバコが、R_2では弱い抵抗性しか示さない例が示された。これは何らかの形で、導入された外来遺伝子の発現効率が生殖過程を通ることによって低下したことを示している。同じような例は、岩淵が行ったGUS遺伝子のトランスジェニックタバコでも観察され、これについては遺伝子レベルの研究が行なわれており、間もなくその原因が明らかにされるであろう。大野は重複配列をもった分断ハイグロマイシン遺伝子を用いて、生殖過程での相同組換え頻度を分析している。町田はトウモロコシの可動DNA因子Acをタバコに導入し、生殖過程を通した場合の遺伝的安定性を解析するために利用するマ-カ-遺伝子を開発中である。本年度は酵母のpSRIプラスミドのDNA組換酵素遺伝子を植物細胞で発現させた時のみGUS遺伝子を発現できる系を開発した。山田はイネのミトコンドリアに存在する4つのプラスミド〓DNAについて分析し、これらがすべてイネの核ゲノムにその相同配列が存在し、進化の過程でDNA配列の転移が起ったことを示唆した。
テフロン-ニッケル共析膜に固定した酸化チタン光触媒による有機有害物質の分解

1.目的近年、水中に含まれる有害有機物質の除去法として、半導体光触媒を用いる処理法が研究されている。有機物と酸素が溶けた水溶液に酸化チタン(TiO_2)粉末を懸濁して光照射すると、溶存酸素の還元を伴いながら、有機物はCO_2にまで酸化分解できる。しかし、TiO_2の酸素還元力は弱く光触媒反応は速くない。本研究では、有害有機物を高効率に光触媒分解することを目的に、1)光触媒への十分な酸素ガス供給、2)酸素ガス還元触媒能の付与、という条件を同時に満足する全く新しい光触媒反応場を構築した。2.新しい酸化チタン光触媒膜の調製Ti(i-OC_3H_7)_4の制御加水分解により、粒径が数nmのTiO_2超微粒子コロイドを調製した。導電性透明ガラス(ITO)上に電析したNi-PTFE電極と白金対極をこの溶液中に浸漬し、電気泳動析出法によりTiO_2/NiPTFE複合膜を調製した。さらに、金属触媒(Pt,Ni)微粒子を高分散担持したTiO_2とPTFE粒子と均一に配列させたPt-TiO_2-PTFE膜(改良型膜)も同様にして調製した。3.新型光触媒膜によるトリクロロベンゼンの高効率分解殺虫剤等に使用されているトリクロロベンゼン(TCB)を9ppm含む水溶液中に、種々の光触媒膜を浸漬して光照射し、分解により生成するCl^-,CO_2量の時間変化を測定した。まず、TiO_2/Ni-PTFE複合膜の各構成要素が設計概念通り機能することを光電気化学的測定により明らかにした。改良型膜において、TiO_2にPtを約2wt%担持することによりTCBからClを切断する活性を約10倍高めることができた。Pt-TiO_2に酸素供給ネットワークとしてのPTFEを10wt%添加することにより、CO_2への分解は大幅に加速でき、約2.5時間の光照射でTCBを完全分解できることが分かった。この新し光触媒膜による環境浄化の成果は学会発表において高い評価を受け、現在、論文投稿の準備とともに、さらなる高性能化のアプローチを進めている。
炭酸カルシウムコンクリーションから探る地球・火星の古環境

蒸発実験用の容器を作成した.この容器内にナバホ砂岩層にて採取した砂を封入し,蒸発実験を行なった.炭酸カルシウムの溶解度は非常に低いため,テスト実験として食塩水を用いてまずは実験を行なった.温度と濃度を変えて行なった実験の結果,砂層中にある水面付近で塩が沈殿し,板を形成することができた.当初の研究目標である,炭酸カルシウムコンクリーションの産状の一つを再現できたことになる.一方で,局所的に塩が集中して球を形成することは観察されなかった.次に,炭酸カルシウムを用いる実験に取り組んだ.炭酸カルシウムは通常の条件だと水にはごく少量しか溶解しない.そこで二酸化炭素ガスをバブリングさせることで溶解度を上昇させ,水1リットルに対して数mgの炭酸カルシウムを溶解させた.この水溶液を用いて蒸発実験を行なった.蒸発皿に水溶液のみを入れて蒸発させたところ,大きさ数10ミクロンの沈殿が形成された.注目すべきは,蒸発皿の側面から1cm程度の範囲では沈殿が見られなかったことである.蒸発皿側面に沈殿が起こったため,蒸発皿を上から観察しても沈殿が見つけられなかったと考えられる.そこで蒸発皿の中に炭酸カルシウムの単結晶(大きさ1cm程度),またはナバホ砂岩の塊を置いた上で蒸発実験を行なった.その結果,炭酸カルシウム単結晶とナバホ砂岩,それぞれから1cm程度の範囲で沈殿が観察されなかった.この結果が意味することは,固体表面において沈殿が進行するが,種が炭酸カルシウムでもナバホ砂岩でも違いが無い,ということである.ここから,仮に炭酸カルシウムの種結晶が形成したとしても,選択的にその種が成長することは無いことになる.また,砂岩を構成する砂粒子表面においても沈殿が進行することがわかる.オストワルトライプニングによって炭酸カルシウムコンクリーションが形成するものと当初は想定しており,その考えの上で実験をデザインしていた.しかし今年度の研究で,オストワルトライプニングで炭酸カルシウムコンクリーションが形成することはありえない,ということが判明した.蒸発+オストワルトライプニングで炭酸カルシウムコンクリーションが形成されることは無い.となると局所的に炭酸カルシウムが沈殿するためには別のメカニズムが必要であることになる.最も考えやすいのは,砂岩の空隙に不均質があることで蒸発速度が場所ごとに違うことである.ある部分は早く蒸発が進み,別の部分では蒸発が進行しない.このように蒸発速度にムラがあれば,蒸発が早い領域で炭酸カルシウムコンクリーションが形成されることになる.この仮説を検証する室内実験を今年度は遂行する.蒸発皿にナバホ砂岩を詰め,そこに炭酸カルシウム水溶液を染み込ませる.蒸発皿の一部分を板で覆い,蒸発速度に差をつける.このようにして蒸発を進行させ,場所ごとに沈殿量がどの程度異なるのかを明らかにする.サンプル表面に沈殿したカルシウム量を,X線を用いて元素マッピングを行うことで計測する.温度を変化させることで蒸発速度を変化させ,沈殿量の差がどのように変化するかを明らかにする.さらに,覆いとして用いる物質を変化させ水蒸気の通過量を変化させる.透水係数のコントラストと,沈殿量の差の関係を計測する.これらのデータから,天然に観察される炭酸カルシウムコンクリーションの形成環境に制約を与えることができる.蒸発実験用の容器を作成した.この容器内にナバホ砂岩層にて採取した砂を封入し,蒸発実験を行なった.炭酸カルシウムの溶解度は非常に低いため,テスト実験として食塩水を用いてまずは実験を行なった.温度と濃度を変えて行なった実験の結果,砂層中にある水面付近で塩が沈殿し,板を形成することができた.当初の研究目標である,炭酸カルシウムコンクリーションの産状の一つを再現できたことになる.一方で,局所的に塩が集中して球を形成することは観察されなかった.次に,炭酸カルシウムを用いる実験に取り組んだ.炭酸カルシウムは通常の条件だと水にはごく少量しか溶解しない.そこで二酸化炭素ガスをバブリングさせることで溶解度を上昇させ,水1リットルに対して数mgの炭酸カルシウムを溶解させた.この水溶液を用いて蒸発実験を行なった.蒸発皿に水溶液のみを入れて蒸発させたところ,大きさ数10ミクロンの沈殿が形成された.注目すべきは,蒸発皿の側面から1cm程度の範囲では沈殿が見られなかったことである.蒸発皿側面に沈殿が起こったため,蒸発皿を上から観察しても沈殿が見つけられなかったと考えられる.そこで蒸発皿の中に炭酸カルシウムの単結晶(大きさ1cm程度),またはナバホ砂岩の塊を置いた上で蒸発実験を行なった.その結果,炭酸カルシウム単結晶とナバホ砂岩,それぞれから1cm程度の範囲で沈殿が観察されなかった.この結果が意味することは,固体表面において沈殿が進行するが,種が炭酸カルシウムでもナバホ砂岩でも違いが無い,ということである.ここから,仮に炭酸カルシウムの種結晶が形成したとしても,選択的にその種が成長することは無いことになる.また,砂岩を構成する砂粒子表面においても沈殿が進行することがわかる.オストワルトライプニングによって炭酸カルシウムコンクリーションが形成するものと当初は想定しており,その考えの上で実験をデザインしていた.しかし今年度の研究で,オストワルトライプニングで炭酸カルシウムコンクリーションが形成することはありえない,ということが判明した.蒸発+オストワルトライプニングで炭酸カルシウムコンクリーションが形成されることは無い.となると局所的に炭酸カルシウムが沈殿するためには別のメカニズムが必要であることになる.

最も考えやすいのは,砂岩の空隙に不均質があることで蒸発速度が場所ごとに違うことである.ある部分は早く蒸発が進み,別の部分では蒸発が進行しない.このように蒸発速度にムラがあれば,蒸発が早い領域で炭酸カルシウムコンクリーションが形成されることになる.この仮説を検証する室内実験を今年度は遂行する.蒸発皿にナバホ砂岩を詰め,そこに炭酸カルシウム水溶液を染み込ませる.蒸発皿の一部分を板で覆い,蒸発速度に差をつける.このようにして蒸発を進行させ,場所ごとに沈殿量がどの程度異なるのかを明らかにする.サンプル表面に沈殿したカルシウム量を,X線を用いて元素マッピングを行うことで計測する.温度を変化させることで蒸発速度を変化させ,沈殿量の差がどのように変化するかを明らかにする.さらに,覆いとして用いる物質を変化させ水蒸気の通過量を変化させる.透水係数のコントラストと,沈殿量の差の関係を計測する.これらのデータから,天然に観察される炭酸カルシウムコンクリーションの形成環境に制約を与えることができる.