東北大学研究者紹介

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オクムラ　サトシ

奥村　聡

Satoshi Okumura

所属

大学院理学研究科　地学専攻　地球惑星物質科学講座

職名

准教授

学位

博士（理学）（東京工業大学）
修士（理学）（東京工業大学）

researchmap

https://researchmap.jp/satoshiokumura

J-GLOBAL ID

201801004655178140

所属学協会 5

International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth's Interior
American Geophysical Union
日本鉱物科学会
日本火山学会
日本地球惑星科学連合

研究キーワード 3

マグマ学
火山学
実験岩石学

研究分野 1

自然科学一般 / 固体地球科学 /

受賞 3

優秀学術賞

2018年　日本火山学会
研究奨励賞

2015年　日本鉱物科学会
研究奨励賞

2007年　日本火山学会

論文 75

Experimental constraints on serpentinite carbonation in the presence of a H2O–CO2–NaCl fluid

Yongsheng Huang, Satoshi Okumura, Kazuhisa Matsumoto, Naoko Takahashi, Hong Tang, Guoji Wu, Tatsuki Tsujimori, Michihiko Nakamura, Atsushi Okamoto, Yuan Li

Contributions to Mineralogy and Petrology　179　(11)　2024年10月8日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1007/s00410-024-02175-4 　

ISSN：0010-7999

eISSN：1432-0967
Time‐Resolved Trigger Processes Leading to the Plinian Eruptions at Sakurajima Volcano, Japan

Naoki Araya, Michihiko Nakamura, Keiko Matsumoto, Satoshi Okumura

Journal of Geophysical Research: Solid Earth　129　(9)　2024年8月27日
出版者・発行元： American Geophysical Union (AGU)
DOI： 10.1029/2023jb028558 　

ISSN：2169-9313

eISSN：2169-9356

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Abstract Mafic magma recharge of crustal reservoirs and subsequent magma mixing has been considered a direct trigger of volcanic eruptions. However, although recharge frequently occurs in many active volcanoes, it rarely leads to an eruption immediately, making its role as a trigger ambiguous. Sakurajima volcano, Japan, has vigorously erupted three times since the 15th century following a common process; mixed magmas after recharge were once stored in a shallow, thick conduit before each eruption (conduit pre‐charge). We reconstructed the magma migration with a high time resolution by diffusion modeling on orthopyroxene and magnetite. Orthopyroxene phenocrysts recorded prolonged diffusive re‐equilibration timescales of years or more after recharge‐and‐mixing. Magnetite, which has the fastest elemental diffusivity among the phenocrysts examined, predominantly lacks zoning. This demonstrates that the mineral phase was re‐equilibrated with surrounding magma and homogenized via elemental diffusion after the final magmatic perturbation, implying the final repose of the shallow pre‐charged magma body for more than several tens of days. After this shallow stagnation period, the Plinian magmas began to ascend and reached the surface within 55 hr. Mass balance calculations show that crystallization‐driven vesiculation upon pre‐charge can produce overpressure sufficient to cause an eruption. The Sakurajima cases demonstrate the hierarchical timescales of trigger processes leading to the explosive eruptions.
The influence of chondrules on sub-mm fragment shape distributions in Allende impact experiments

Tatsuhiro Michikami, Axel Hagermann, Akira Tsuchiyama, Yushi Otsuka, Michihiko Nakamura, Satoshi Okumura, Harumasa Kano, Junya Matsuno, Sunao Hasegawa

Icarus　116068-116068　2024年4月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.icarus.2024.116068 　

ISSN：0019-1035
Vapor-phase crystallization from a hydrous silicate melt: an experimental simulation of diktytaxitic texture

Ryosuke Sakurai, Michihiko Nakamura, Satoshi Okumura, Mayumi Mujin, Takayuki Nakatani

Contributions to Mineralogy and Petrology　179　(3)　2024年3月6日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1007/s00410-024-02105-4 　

ISSN：0010-7999

eISSN：1432-0967

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Abstract Groundmass textures of volcanic rocks provide valuable insights into the processes of magma ascent, crystallization, and eruption. The diktytaxitic texture, characterized by a lath-shaped arrangement of feldspar microlites forming glass-free and angular pores, is commonly observed in silicic dome-forming rocks and Vulcanian ashfall deposits. This texture has the potential to control the explosivity of volcanic eruptions because its micropore network allows pervasive degassing during the final stages of magma ascent and eruption. However, the exact conditions and kinetics of the formation of diktytaxitic textures, which are often accompanied by vapor-phase cristobalite, remain largely unknown. Here, we show that the diktytaxitic texture and vapor-phase minerals, cristobalite and alkali feldspar, can be produced from bulk-andesitic magma with rhyolitic glass under water-saturated, near-solidus conditions (± ~10 MPa and ± ~20 °C within the solidus; 10–20 MPa and 850 °C for our starting pumices). Such crystallization proceeds through the partial evaporation of the supercooled melt, followed by the deposition of cristobalite and alkali feldspar as a result of the system selecting the fastest crystallization pathway with the lowest activation energy. The previously proposed mechanisms of halogen-induced corrosion or melt segregation by gas-driven filter pressing are not particularly necessary, although they may occur concurrently. Diktytaxitic groundmass formation is completed within 4–8 days, irrespective of the presence or composition of the halogen. These findings constrain the outgassing of lava domes and shallow magma intrusions and provide new insights into the final stages of hydrous magma crystallization on Earth.
A new method for quantitative analysis of total water contents and estimating molecular water and hydroxyl contents in rhyolitic glasses by SIMS

Akimasa Suzumura, Satoshi Okumura, Chikashi Yoshimoto, Shoichi Itoh

Geochemical Journal　58　(3)　e1-e7　2024年

DOI： 10.11263/geochemj.GJ24008 　

ISSN：0016-7002
A Molecular‐Scale Origin of Shear Thinning and Brittle Failure of Silicate Melt

S. Okumura, K. Uesugi, A. Goto, K. Matsumoto, T. Sakamaki

Geophysical Research Letters　2023年8月28日

DOI： 10.1029/2023GL104083 　
Redox state of magma recorded in volcanic glass from an ash-forming eruption at Bromo volcano, Indonesia: Insights into the degassing process

Takahiro Miwa, Hidemi Ishibashi, Ryunosuke Kazahaya, Satoshi Okumura, Masato Iguchi, Genji Saito, Atsushi Yasuda, Nobuo Geshi, Hiroyuki Kagi

Bulletin of Volcanology　85　(9)　2023年8月15日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1007/s00445-023-01660-1 　

eISSN：1432-0819
Oxidation-induced nanolite crystallization triggered the 2021 eruption of Fukutoku-Oka-no-Ba, Japan

Kenta Yoshida, Akira Miyake, Shota H. Okumura, Hidemi Ishibashi, Satoshi Okumura, Atsushi Okamoto, Yasuhiro Niwa, Masao Kimura, Tomoki Sato, Yoshihiko Tamura, Shigeaki Ono

Scientific Reports　13　(1)　2023年5月9日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1038/s41598-023-34301-w 　

eISSN：2045-2322

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Abstract Nanometer-sized crystals (nanolites) play an important role in controlling eruptions by affecting the viscosity of magmas and inducing bubble nucleation. We present detailed microscopic and nanoscopic petrographic analyses of nanolite-bearing and nanolite-free pumice from the 2021 eruption of Fukutoku-Oka-no-Ba, Japan. The nanolite mineral assemblage includes biotite, which is absent from the phenocryst mineral assemblage, and magnetite and clinopyroxene, which are observed as phenocrysts. The boundary between the nanolite-bearing brown glass and nanolite-free colorless glass is either sharp or gradational, and the sharp boundaries also appear sharp under the transmitted electron microscope. X-ray absorption fine structure (XAFS) analysis of the volcanic glass revealed that the nanolite-free colorless glass records an oxygen fugacity of QFM + 0.98 (log units), whereas the nanolite-bearing brown glass records a higher apparent oxygen fugacity (~ QFM + 2). Thermodynamic modelling using MELTS indicates that higher oxygen fugacities increase the liquidus temperature and thus induced the crystallization of magnetite nanolites. The hydrous nanolite mineral assemblage and glass oxygen fugacity estimates suggest that an oxidizing fluid supplied by a hot mafic magma induced nanolite crystallization in the magma reservoir, before the magma fragmentation. The oxidation-induced nanolite crystallization then enhanced heterogeneous bubble nucleation, resulting in convection in the magma reservoir and triggering the eruption.
In situ observation of glass-like fragmentation of high-temperature silicate melts generating fine ashes 査読有り

Atsuko Namiki, Satoshi Okumura, Akio Goto, Tsutomu Yamada

Communications Earth & Environment　2023年5月5日

DOI： 10.1038/s43247-023-00816-3 　
Molecular-scale structural changes of silicate melts under tension revealed by time-resolved X-ray diffraction 査読有り

Satoshi Okumura, Kentaro Uesugi, Akio Goto, Atsuko Namiki, Kazuhisa Matsumoto, Tatsuya Sakamaki

Chemical Geology　621　121372-121372　2023年3月
出版者・発行元： Elsevier {BV}
DOI： 10.1016/j.chemgeo.2023.121372 　

ISSN：0009-2541
Constraints on magma properties at fragmentation during the 2011 sub‐Plinian eruptions of Kirishima Shinmoe‐dake volcano, Japan

Tomofumi Kozono, Satoshi Okumura

Journal of Geophysical Research: Solid Earth　2022年11月22日
出版者・発行元： American Geophysical Union (AGU)
DOI： 10.1029/2022jb025183 　

ISSN：2169-9313

eISSN：2169-9356
Three-dimensional imaging of high-velocity-impact induced crack growth in carbonaceous meteorites

Tatsuhiro Michikami, Akira Tsuchiyama, Axel Hagermann, Akio Takeda, Katsuki Shishido, Yushi Otsuka, Osamu Sasaki, Michihiko Nakamura, Satoshi Okumura, Harumasa Kano, Sunao Hasegawa

Icarus　392　115371-115371　2022年11月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.icarus.2022.115371 　

ISSN：0019-1035
Rheology of nanocrystal-bearing andesite magma and its roles in explosive volcanism

Satoshi Okumura, Kentaro Uesugi, Akio Goto, Tatsuya Sakamaki, Kazuhisa Matsumoto, Akihisa Takeuchi, Akira Miyake

COMMUNICATIONS EARTH & ENVIRONMENT　3　(1)　2022年10月

DOI： 10.1038/s43247-022-00573-9 　

eISSN：2662-4435
Conduit Flow Dynamics During the 1986 Sub-Plinian Eruption at Izu-Oshima Volcano

Tomofumi Kozono, Hidemi Ishibashi, Satoshi Okumura, Takahiro Miwa

Journal of Disaster Research　17　(5)　754-767　2022年8月1日
出版者・発行元： Fuji Technology Press Ltd.
DOI： 10.20965/jdr.2022.p0754 　

ISSN：1881-2473

eISSN：1883-8030

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We investigated conduit flow dynamics during the 1986 sub-Plinian eruption of Izu-Oshima volcano, Japan, using a 1-D steady conduit flow model. Following observations that the magma plumbing system beneath Izu-Oshima, characterized by the feeding of a dyke, generated a fissure-type sub-Plinian eruption, we considered a dyke-like conduit geometry by applying a pseudo-dyke conduit with an ellipsoidal horizontal cross-section. Under appropriate parameter settings constrained by geological, petrological, and geophysical observations, we identified a conduit geometry that enables steady solutions of a conduit flow that generates the sub-Plinian eruption. A dyke-like conduit geometry allows us to widen the range of geometric parameters of the solution. We found that the distribution of magma overpressure in the conduit strongly depends on conduit geometry. When the conduit geometry is composed of deeper and shallower dykes with large and small aspect ratios, respectively, localized overpressurization occurs in the region before magma fragmentation. This overpressurization in the dyke-like conduit may induce a characteristic crustal deformation similar to that caused by a vertical tensile fault. It is crucial to consider the effects of conduit flow with a dyke-like geometry on deformation for precise monitoring of eruption sequences based on geodetic signals in future eruptions at Izu-Oshima volcano.
Amorphous silica coating on flank deposits of the 1783 CE eruption at Asama volcano

Takayuki Nakatani, Sarina Sugaya, Maya Yasui, Satoshi Okumura, Michihiko Nakamura

Journal of Volcanology and Geothermal Research　411　107149-107149　2021年3月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.jvolgeores.2020.107149 　

ISSN：0377-0273
Decompression experiments for sulfur-bearing hydrous rhyolite magma: Redox evolution during magma decompression 査読有り

Satoshi Okumura, Hidemi Ishibashi, Shoichi Itoh, Akimasa Suzumura, Yoshihiro Furukawa, Takahiro Miwa, Hiroyuki Kagi

AMERICAN MINERALOGIST　106　(2)　216-225　2021年2月

DOI： 10.2138/am-2020-7535 　

ISSN：0003-004X

eISSN：1945-3027
An experimental system for time-resolved x-ray diffraction of deforming silicate melt at high temperature 査読有り

Satoshi Okumura, Kentaro Uesugi, Tatsuya Sakamaki, Akio Goto, Masayuki Uesugi, Akihisa Takeuchi

REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS　91　(9)　2020年9月

DOI： 10.1063/5.0009769 　

ISSN：0034-6748

eISSN：1089-7623
Combined numerical and experimental study of microstructure and permeability in porous granular media 査読有り

Philipp Eichheimer, Marcel Thielmann, Wakana Fujita, Gregor J. Golabek, Michihiko Nakamura, Satoshi Okumura, Takayuki Nakatani, Maximilian O. Kottwitz

Journal of Geophysical Research, Solid Earth　2020年3月23日
出版者・発行元： Copernicus GmbH
DOI： 10.5194/egusphere-egu2020-2992 　

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&lt;div&gt; &lt;div&gt; &lt;div&gt; &lt;p&gt;Fluid flow on different scales is of interest for several Earth science disciplines like petrophysics, hydrogeology and volcanology. To parameterize fluid flow in large-scale numerical simulations (e.g. groundwater and volcanic systems), flow properties on the microscale need to be considered. For this purpose experimental and numerical investigations of flow through porous media over a wide range of porosities are necessary. In the present study we sinter glass bead media with&amp;#160;various porosities, representing shallow depth crustal sediments.&amp;#160;The microstructure, namely effective porosity and effective specific surface, is investigated using image processing. We furthermore determine flow properties like hydraulic tortuosity and permeability using both experimental measurements and numerical simulations. By fitting microstructural and flow properties to porosity, we obtain a modified Kozeny-Carman equation for isotropic low-porosity media, that can be used to simulate permeability in large-scale numerical models. To verify the modified Kozeny-Carman equation we compare it to the numerically computed and experimentally measured permeability values.&lt;/p&gt; &lt;/div&gt; &lt;/div&gt; &lt;/div&gt;
Space Weathering Simulation with Low-energy Laser Irradiation of Murchison CM Chondrite for Reproducing Micrometeoroid Bombardments on C-type Asteroids 査読有り

Moe Matsuoka, Tomoki Nakamura, Takahiro Hiroi, Satoshi Okumura, Sho Sasaki

Astrophysical Journal Letters　890　(2)　2020年2月20日

DOI： 10.3847/2041-8213/ab72a4 　

ISSN：2041-8205

eISSN：2041-8213
Fragility and an extremely low shear modulus of high porosity silicic magma 査読有り

Atsuko Namiki, Yukie Tanaka, Satoshi Okumura, Osamu Sasaki, Kyohei Sano, Shingo Takeuchi

JOURNAL OF VOLCANOLOGY AND GEOTHERMAL RESEARCH　392　2020年2月

DOI： 10.1016/j.jvolgeores.2019.106760 　

ISSN：0377-0273

eISSN：1872-6097
Space Weathering Simulation with Low-energy Laser Irradiation of Murchison CM Chondrite for Reproducing Micrometeoroid Bombardments on C-type Asteroids 査読有り

Moe Matsuoka, Tomoki Nakamura, Takahiro Hiroi, Satoshi Okumura, Sho Sasaki

ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS　890　(2)　2020年2月

DOI： 10.3847/2041-8213/ab72a4 　

ISSN：2041-8205

eISSN：2041-8213
Caldera-forming eruptions of mushy magma modulated by feedbacks between ascent rate, gas retention/loss and bubble/crystal framework interaction 査読有り

Satoshi Okumura, Shanaka L. de Silva, Michihiko Nakamura, Osamu Sasaki

SCIENTIFIC REPORTS　9　2019年11月

DOI： 10.1038/s41598-019-52272-9 　

ISSN：2045-2322
Three-dimensional imaging of crack growth in L chondrites after high-velocity impact experiments. 査読有り

Tatsuhiro Michikami, Axel Hagermann, Akira Tsuchiyama, Hirotaka Yamaguchi, Terunori Irie, Keita Nomura, Osamu Sasaki, Michihiko Nakamura, Satoshi Okumura, Sunao Hasegawa

Planetary and Space Science　177　(104690 (14pp.))　104690-104690　2019年11月
出版者・発行元：
DOI： 10.1016/j.pss.2019.07.005 　

ISSN：0032-0633
Shallow magma pre-charge during repeated Plinian eruptions at Sakurajima volcano 査読有り

Naoki Araya, Michihiko Nakamura, Atsushi Yasuda, Satoshi Okumura, Tomoki Sato, Masato Iguchi, Daisuke Miki, Nobuo Geshi

SCIENTIFIC REPORTS　9　(1979)　2019年2月

DOI： 10.1038/s41598-019-38494-x 　

ISSN：2045-2322
Evaluation of Caldera Hosted Geothermal Potential during Volcanism and Magmatism in Subduction System, NE Japan 査読有り

Fajar F. Amanda, Ryoichi Yamada, Masaoki Uno, Satoshi Okumura, Noriyoshi Tsuchiya

GEOFLUIDS　2019　2019年1月

DOI： 10.1155/2019/3031586 　

ISSN：1468-8115

eISSN：1468-8123
Water diffusion in silica glass through pathways formed by hydroxyls

Minami Kuroda, Shogo Tachibana, Naoya Sakamoto, Satoshi Okumura, Michihiko Nakamura, Hisayoshi Yurimoto

American Mineralogist　103　(3)　412-417　2018年3月26日
出版者・発行元： Walter de Gruyter GmbH
DOI： 10.2138/am-2018-6208 　

ISSN：1945-3027 0003-004X

eISSN：1945-3027
Advancement of magma fragmentation by inhomogeneous bubble distribution

M. Kameda, M. Ichihara, S. Maruyama, N. Kurokawa, Y. Aoki, S. Okumura, K. Uesugi

SCIENTIFIC REPORTS　7　2017年12月

DOI： 10.1038/s41598-017-16941-x 　

ISSN：2045-2322
Rheology of basaltic ash from Stromboli volcano inferred froth intermittent compression experiments

Aika K. Kurokawa, Takahiro Miwa, Satoshi Okumura, Kentaro Uesugi

JOURNAL OF VOLCANOLOGY AND GEOTHERMAL RESEARCH　343　211-219　2017年9月

DOI： 10.1016/j.jvolgeores.2017.07.002 　

ISSN：0377-0273

eISSN：1872-6097
Silicic lava effusion controlled by the transition from viscous magma flow to friction controlled flow

S. Okumura, T. Kozono

GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS　44　(8)　3608-3614　2017年4月

DOI： 10.1002/2017GL072875 　

ISSN：0094-8276

eISSN：1944-8007
Differentiation of eruptive magma in the late Miocene Shirasawa Caldera and present geothermal reservoir

Taku Suzuki, Masaoki Uno, Satoshi Okumura, Ryoichi Yamada, Noriyoshi Tsuchiya

Journal of the Geothermal Research Society of Japan　39　(1)　25-37　2017年
出版者・発行元： Geothermal Research Society of Japan
DOI： 10.11367/grsj.39.25 　

ISSN：1883-5775 0388-6735
Rheology of crystal-bearing natural magmas: Torsional deformation experiments at 800 °C and 100 MPa

Satoshi Okumura, Alexandra R.L. Kushnir, Caroline Martel, Rémi Champallier, Quentin Thibault, Shingo Takeuchi

Journal of Volcanology and Geothermal Research　328　237-246　2016年12月

DOI： 10.1016/j.jvolgeores.2016.11.009 　

ISSN：0377-0273

eISSN：1872-6097
Tracking bubble evolution inside a silicic dike

Antonio M. Alvarez-Valero, Satoshi Okumura, Fabio Arzilli, Javier Borrajo, Clemente Recio, Masao Ban, Juan C. Gonzalo, Jose M. Benitez, Madison Douglas, Osamu Sasaki, Piedad Franco, Juan Gomez-Barreiro, Asuncion Carnicero

LITHOS　262　668-676　2016年10月

DOI： 10.1016/j.lithos.2016.08.012 　

ISSN：0024-4937

eISSN：1872-6143
斑晶鉱物の組成累帯構造から探る富士火山宝永噴火の噴火過程

有賀貴史, 中村美千彦, 奥村聡, 吉本充宏

日本火山学会講演予稿集　2016　5-5　2016年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2016.0_5 　
繰り返し圧縮実験によるストロンボリ玄武岩質火山灰のレオロジー探究

黒川愛香, 三輪学央, 奥村聡, 上杉健太朗

日本火山学会講演予稿集　2016　11-11　2016年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2016.0_11 　
Magma outgassing and rheology control the explosivity of volcanic eruptions

Satoshi Okumura

Japanese Magazine of Mineralogical and Petrological Sciences　45　(1)　13-20　2016年
出版者・発行元： Japanese Association of Mineralogists Petrologists and Economic Geologists
DOI： 10.2465/GKK.151214 　

ISSN：1349-7979 1345-630X
Interfacial tension-driven relaxation of magma foam: An experimental study

Shizuka Otsuki, Michihiko Nakamura, Satoshi Okumura, Osamu Sasaki

JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-SOLID EARTH　120　(11)　7403-7424　2015年11月

DOI： 10.1002/2015JB012391 　

ISSN：2169-9313

eISSN：2169-9356
Pulse-laser irradiation experiments of Murchison CM2 chondrite for reproducing space weathering on C-type asteroids

Moe Matsuoka, Tomoki Nakamura, Yuki Kimura, Takahiro Hiroi, Ryosuke Nakamura, Satoshi Okumura, Sho Sasaki

ICARUS　254　135-143　2015年7月

DOI： 10.1016/j.icarus.2015.02.029 　

ISSN：0019-1035

eISSN：1090-2643
Rheological transitions in high-temperature volcanic fault zones

Satoshi Okumura, Kentaro Uesugi, Michihiko Nakamura, Osamu Sasaki

JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-SOLID EARTH　120　(5)　2974-2987　2015年5月

DOI： 10.1002/2014JB011532 　

ISSN：2169-9313

eISSN：2169-9356
B1-06 高結晶度マグマの発泡とそれに伴う流動化(噴火ダイナミクス,口頭発表)

奥村聡, 岩本将明, 佐々木理

日本火山学会講演予稿集　2015　52-52　2015年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2015.0_52 　
Major and trace element analyses of igneous rocks by polarizing energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry (EDXRF)

Toshio Miyazaki, Shin-Ichi Yamasaki, Noriyoshi Tsuchiya, Satoshi Okumura, Ryoichi Yamada, Michihiko Nakamura, Yoshitaka Nagahashi, Takeyoshi Yoshida

Japanese Magazine of Mineralogical and Petrological Sciences　43　(2)　47-53　2015年
出版者・発行元： Japanese Association of Mineralogists Petrologists and Economic Geologists
DOI： 10.2465/gkk.131224 　

ISSN：1349-7979 1345-630X
Permeability reduction of fractured rhyolite in volcanic conduits and its control on eruption cyclicity

Satoshi Okumura, Osamu Sasaki

GEOLOGY　42　(10)　843-846　2014年10月

DOI： 10.1130/G35855.1 　

ISSN：0091-7613

eISSN：1943-2682
Carbon dioxide emission to Earth's surface by deep-sea volcanism

Satoshi Okumura, Naoto Hirano

GEOLOGY　41　(11)　1167-1170　2013年11月

DOI： 10.1130/G34620.1 　

ISSN：0091-7613

eISSN：1943-2682
Coupled effect of magma degassing and rtheology on silicic volcanism

Satoshi Okumura, Michihiko Nakamura, Kentaro Uesugi, Tsukasa Nakano, Takuma Fujioka

EARTH AND PLANETARY SCIENCE LETTERS　362　163-170　2013年1月

DOI： 10.1016/j.epsl.2012.11.056 　

ISSN：0012-821X

eISSN：1385-013X
Experimental constraints on permeable gas transport in crystalline silicic magmas

Satoshi Okumura, Michihiko Nakamura, Tsukasa Nakano, Kentaro Uesugi, Akira Tsuchiyama

CONTRIBUTIONS TO MINERALOGY AND PETROLOGY　164　(3)　493-504　2012年9月

DOI： 10.1007/s00410-012-0750-8 　

ISSN：0010-7999
放射光Ｘ線を用いた流動するマグマのその場観察：火山噴火の多様性の原因解明へ向けて査読有り

奥村聡, 中村美千彦, 上杉健太郎

放射光　25　(4)　222-228　2012年7月31日
出版者・発行元：日本放射光学会
ISSN：0914-9287
The H2O content of andesitic magmas from three volcanoes in Japan, inferred from the infrared analysis of clinopyroxene

Satoshi Okumura

EUROPEAN JOURNAL OF MINERALOGY　23　(5)　771-778　2011年10月

DOI： 10.1127/0935-1221/2011/0023-2141 　

ISSN：0935-1221
B1-08 間隙圧オシレーション法を用いた高温高圧下でのマグマの浸透率測定(火山の岩石学,口頭発表)

奥村聡, 岡崎啓史, 片山郁夫

日本火山学会講演予稿集　2011　64-64　2011年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2011.0_64 　
Shear deformation experiments on vesicular rhyolite: Implications for brittle fracturing, degassing, and compaction of magmas in volcanic conduits 査読有り

Satoshi Okumura, Michihiko Nakamura, Tsukasa Nakano, Kentaro Uesugi, Akira Tsuchiyama

JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-SOLID EARTH　115　2010年6月

DOI： 10.1029/2009JB006904 　

ISSN：2169-9313

eISSN：2169-9356
桜島火山大正噴火の準備過程－磁鉄鉱鉱物化学組成からの制約－

中村美千彦, 田村翔, 伊藤嘉紀, 奥村聡, 井口正人, 味喜大介

京都大学防災研究所年報　53A　(53)　261-267　2010年6月
出版者・発行元：京都大学防災研究所
2-A05 剪断変形実験による発泡珪長質マグマの緻密化(爆発・破砕,口頭発表)

藤岡拓真, 奥村聡, 中村美千彦, 上杉健太朗

日本火山学会講演予稿集　2010　23-23　2010年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2010.0_23 　
3-B12 プチスポット火山からの炭素放出量の見積もり(マグマの発生と移動2,口頭発表)

奥村聡, 平野直人

日本火山学会講演予稿集　2010　84-84　2010年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2010.0_84 　
Shear deformation experiments on vesicular rhyolite: Implications for brittle fracturing, degassing, and compaction of magmas in volcanic conduits

Satoshi Okumura, Michihiko Nakamura, Tsukasa Nakano, Kentaro Uesugi, Akira Tsuchiyama

Journal of Geophysical Research: Solid Earth　115　(6)　2010年
出版者・発行元： Blackwell Publishing Ltd
DOI： 10.1029/2009JB006904 　

ISSN：2169-9356 2169-9313
Magma deformation may induce non-explosive volcanism via degassing through bubble networks

Satoshi Okumura, Michihiko Nakamura, Shingo Takeuchi, Akira Tsuchiyama, Tsukasa Nakano, Kentaro Uesugi

EARTH AND PLANETARY SCIENCE LETTERS　281　(3-4)　267-274　2009年5月

DOI： 10.1016/j.epsl.2009.02.036 　

ISSN：0012-821X

eISSN：1385-013X
A04 発泡したマグマの脆性破壊実験 : 温度・歪み量の効果(噴火と噴煙のダイナミクス,口頭発表)

藤岡拓真, 奥村聡, 中村美千彦

日本火山学会講演予稿集　2009　4-4　2009年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2009.0_4 　
Three differentiation stages of a single magma at Piton de la Fournaise volcano (Reunion hot spot)

Vincent Famin, Benoit Welsch, Satoshi Okumura, Patrick Bachelery, Satoru Nakashima

GEOCHEMISTRY GEOPHYSICS GEOSYSTEMS　10　2009年1月

DOI： 10.1029/2008GC002015 　

ISSN：1525-2027
Color-change processes of a plinian pumice and experimental constraints of color-change kinetics in air of an obsidian

Mihoko Moriizumi, Satoru Nakashima, Satoshi Okumura, Yuta Yamanoi

BULLETIN OF VOLCANOLOGY　71　(1)　1-13　2009年1月

DOI： 10.1007/s00445-008-0202-5 　

ISSN：0258-8900
Color measurements of volcanic ash deposits from three different styles of summit activity at Sakurajima volcano, Japan: Conduit processes recorded in color of volcanic ash

Yuta Yamanoi, Shingo Takeuchi, Satoshi Okumura, Satoru Nakashima, Tadashi Yokoyama

JOURNAL OF VOLCANOLOGY AND GEOTHERMAL RESEARCH　178　(1)　81-93　2008年11月

DOI： 10.1016/j.jvolgeores.2007.11.013 　

ISSN：0377-0273

eISSN：1872-6097
Evolution of bubble microstructure in sheared rhyolite: Formation of a channel-like bubble network

Satoshi Okumura, Michihiko Nakamura, Akira Tsuchiyama, Tsukasa Nakano, Kentaro Uesugi

JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-SOLID EARTH　113　(B7)　2008年7月

DOI： 10.1029/2007JB005362 　

ISSN：2169-9313

eISSN：2169-9356
Microstructure of bubbles in flowing magma 招待有り

M. Nakamura, S. Okumura, A. Tsuchiyama

SPring-8 Research Frontier　2007　124-125　2008年5月
B14 含水玄武岩質ガラスの加熱時における特異な発泡の発生機構と発生条件についての研究(火山素過程,日本火山学会2008年秋季大会)

幾世宏志, 佐伯和人, 土山明, 中野司, 上杉健太朗, 奥村聡

日本火山学会講演予稿集　2008　66-66　2008年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2008.0_66 　
P63 マグマの浸透流的脱ガス : 気泡の形状緩和とマグマの圧密の効果(ポスターセッション,日本火山学会2008年秋季大会)

奥村聡, 中村美千彦

日本火山学会講演予稿集　2008　154-154　2008年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2008.0_154 　
Hydration of rhyolitic glass during weathering as characterized by IR microspectroscopy

Tadashi Yokoyama, Satoshi Okumura, Satoru Nakashima

GEOCHIMICA ET COSMOCHIMICA ACTA　72　(1)　117-125　2008年1月

DOI： 10.1016/j.gca.2007.10.018 　

ISSN：0016-7037

eISSN：1872-9533
C03 マグマの浸透的脱ガス : 剪断変形の効果(マグマの発生と噴火のダイナミクス,日本火山学会2007年秋季大会)

奥村聡, 中村美千彦, 竹内晋吾

日本火山学会講演予稿集　2007　23-23　2007年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2007.0_23 　
Shear-induced bubble coalescence in rhyolitic melts with low vesicularity

Satoshi Okumura, Michihiko Nakamura, Akira Tsuchiyama

GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS　33　(20)　2006年10月

DOI： 10.1029/2006GL027347 　

ISSN：0094-8276

eISSN：1944-8007
ブルカノ式噴火の発生要因としての火道浅部マグマの増圧過程

竹内晋吾, 奥村聡, 山野井勇太

岩石鉱物科学　35　(3)　144-152　2006年5月30日
出版者・発行元：日本鉱物科学会
DOI： 10.2465/gkk.35.144 　

ISSN：1345-630X

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Vulcanian eruptions are relatively frequent eruptive phenomena in island arc volcanism. The high frequency provides us many opportunities to observe the eruptive behavior and to sample the erupted materials. Vulcanian activity of the Sakurajima volcano located at southern Kyushu in Japan has continued since 1955 and been precisely monitored by Sakurajima Volcano Observatory. Therefore, the vulcanian eruptions of Sakurajima volcano can be a common, interesting target to study the eruptive behavior from the various viewpoints of material analysis, geophysical observation and numerical modeling. Recently, many researchers have focused on pressurization processes of magmas in shallow conduits to cause vulcanian eruptions. In this paper, we review several studies on observations and models of generation of excess pressure in shallow conduit magmas just before vulcanian eruptions. We evaluate the possibility of pressurization processes by dehydration-induced crystallization and buoyancy of vesicular conduit magmas. The results of this study indicate that the dehydration-induced crystallization is not effective for excess pressure generation, if crystallizing magma in shallow conduit contains a significant amount of exsolved gas phase. Instead, excess pressure can be generated in a shallow conduit by buoyancy of vesicular conduit magma, when partially solidified magma at the vent of conduit prevents magma ascent and the conduit is filled with vesicular magmas from magma chamber located at ca. 3 km depth to the shallow conduit.
シリケイトメルト中の水の拡散

奥村聡

岩石鉱物科学　35　(3)　119-125　2006年5月30日
出版者・発行元：日本鉱物科学会
DOI： 10.2465/gkk.35.119 　

ISSN：1345-630X

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Water diffusion in silicate melts is a controlling factor of magma ascent process in volcanic eruption, because it dominates the rates of bubble nucleation and growth in magmas and the decrease of water contents by water diffusion causes drastic changes in the physical properties of silicate melts (viscosity and density). This paper reviews experimental studies for water diffusion in rhyolitic to basaltic melts and glasses. In rhyolitic and dacitic melts (polymerized silicate melts), water mainly dissolves as hydroxyl group (OH) and molecular water (H₂O), but only H₂O is considered as the mobile species. The H₂O diffusivities in rhyolite and dacite increase with water contents and temperature. The mechanism of water diffusion in andesite to basalt (depolymerized silicate melts) is still unclear, but some studies presented the data of total water (OH + H₂O) diffusivities in andesite and basalt by assuming the diffusion of one component water. Those data show that the diffusivity of total water increases with melt depolymerization (from rhyolite to basalt) at high temperatures (e.g., > 1400 °C at 0.7 wt% water), but the magnitude relation inverts at the lower temperatures due to the difference of temperature dependences of total water diffusivity in rhyolite to basalt. Recently, a few studies explored the compositional dependence of total water diffusivity and expressed the total water diffusivity as a function of the SiO₂ content or the NBO/T value. To test and develop those models, additional experimental data are needed in the future studies, and the developed-comprehensive model for water diffusion in silicate melts and glasses will make a significant contribution to understanding of volcanic eruptions.
Water diffusion in basaltic to dacitic glasses

S Okumura, S Nakashima

CHEMICAL GEOLOGY　227　(1-2)　70-82　2006年3月

DOI： 10.1016/j.chemgeo.2005.09.009 　

ISSN：0009-2541
B32 剪断変形に伴う流紋岩質メルト中の気泡の合体(火山とテクトニクス,日本火山学会2006年秋季大会)

奥村聡, 中村美千彦, 土山明

日本火山学会講演予稿集　2006　88-88　2006年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2006.0_88 　
Molar absorptivities of OH and H<inf>2</inf>O in rhyolitic glass at room temperature and at 400-600 °C

Satoshi Okumura, Satoru Nakashima, Satoru Nakashima

American Mineralogist　90　(2-3)　441-447　2005年2月

DOI： 10.2138/am.2005.1740 　

ISSN：0003-004X
P51 気泡を含む流紋岩質メルトの変形実験(日本火山学会2005年秋季大会)

奥村聡, 中村美千彦

日本火山学会講演予稿集　2005　151-151　2005年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2005.0_151 　
A25 桜島火山の山頂噴火における火山灰の色(火山の地質・噴火年代 (3), 日本火山学会2005年秋季大会) 査読有り

山野井勇太, 竹内晋吾, 奥村聡, 中嶋悟, 横山正

日本火山学会講演予稿集　2005　(0)　25-25　2005年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2005.0_25 　

ISSN：2433-5320
Water diffusivity in rhyolitic glasses as determined by in situ IR spectroscopy

S Okumura, S Nakashima

PHYSICS AND CHEMISTRY OF MINERALS　31　(3)　183-189　2004年4月

DOI： 10.1007/s00269-004-0383-1 　

ISSN：0342-1791
P64 分光測色法を用いた火山灰の比較 : 桜島火山のブルカノ式噴火における爆発噴火と非爆発噴火査読有り

山野井勇太, 竹内晋吾, 奥村聡, 中嶋悟

日本火山学会講演予稿集　2004　(0)　174-174　2004年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2004.0_174 　

ISSN：2433-5320
Determination of molar absorptivity of IR fundamental OH-stretching vibration in rhyolitic glasses

S Okumura, M Nakamura, S Nakashima

AMERICAN MINERALOGIST　88　(11-12)　1657-1662　2003年11月

ISSN：0003-004X
PA19 桜島火山におけるブルカノ式噴火の噴出物解析

竹内晋吾, 奥村聡, 山野井勇太

日本火山学会講演予稿集　2003　115-115　2003年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2003.0_115

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MISC 23

SPECTRAL AND WATER ANALYSIS OF EXPERIMENTALLY HEATED TAGISH LAKE AND CR CARBONACEOUS CHONDRITES WITH NO EFFECTS OF ADSORBED AND REHYDRATED WATER.

Kana Amano, Kaoru Mogi, Tomoki Nakamura, Moe Matsuoka, Yoshihiro Furukawa, Satoshi Okumura

METEORITICS & PLANETARY SCIENCE　53　6309-6309　2018年8月

ISSN： 1086-9379

eISSN： 1945-5100
DEHYDRATION PROCESS OF EXPERIMENTALLY HEATED MURCHISON WITHOUT ANY EFFECTS OF ADSORBED AND REHYDRATED WATER

Kaoru Mogi, Sayuri Yamashita, Tomoki Nakamura, Moe Matsuoka, Satoshi Okumura, Yoshihiro Furukawa

METEORITICS & PLANETARY SCIENCE　52　A240-A240　2017年8月

ISSN： 1086-9379

eISSN： 1945-5100
ケイ酸塩ガラス中の水の拡散における含水量依存性

黒田みなみ, 橘省吾, 奥村聡, 中村美千彦, 坂本直哉, 圦本尚義

日本鉱物科学会年会講演要旨集　2015　5　2015年9月18日

ISSN： 1348-6543
B2-26 表面張力によるメルトフォームの組織緩和実験 : 試料サイズ依存性(浅部マグマ上昇過程,口頭発表)

大槻静香, 中村美千彦, 奥村聡, 佐々木理

日本火山学会講演予稿集　2014　85-85　2014年11月2日
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
P2-10 爆発的-非爆発的噴火の遷移メカニズム : 桜島大正噴火の軽石・本質岩片の比較から(ポスターセッション)

清水ひかる, 奥村聡, 中村美千彦

日本火山学会講演予稿集　2014　162-162　2014年11月2日
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
B1-17 マグマ破砕帯のガス浸透率と強度(マグマ組織,口頭発表)

奥村聡, 佐々木理

日本火山学会講演予稿集　2013　68-68　2013年9月29日
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
気泡形成による高結晶度マグマの流動化

奥村聡, デ・シルバシャン, 中村美千彦, 佐々木理

日本鉱物科学会年会講演要旨集　2013　39-39　2013年9月5日

ISSN： 1348-6543
下部地殻・最上部マントルにおける流体分布:捕獲岩のX線CT観察からの制約

中村美千彦, 奥村聡, 吉田武義, 高橋栄一, 佐々木理

日本鉱物科学会年会講演要旨集　2013　2013年

ISSN： 1348-6543
流体相変化による析出シリカ鉱物の産状とき裂間隙構造の発達プロセス

山田稜, 岡本敦, 最首花恵, 中村美千彦, 奥村聡, 佐々木理, 土屋範芳

日本鉱物科学会年会講演要旨集　2013　2013年

ISSN： 1348-6543
流体相変化に伴うシリカの沈殿挙動と鉱物脈形成

山田稜, 岡本敦, 最首花恵, 中村美千彦, 奥村聡, 佐々木理, 土屋範芳

日本地質学会学術大会講演要旨　120th　2013年

ISSN： 1348-3935
B1-21 新燃岳2011年噴火噴出物中にみられるナノライトの晶出過程(霧島火山2,口頭発表)

無盡真弓, 中村美千彦, 奥村聡

日本火山学会講演予稿集　2012　67-67　2012年10月14日
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
A3-10 発泡したマグマの剪断破壊と摩擦滑りに関する実験的研究(火山の素過程,口頭発表)

奥村聡

日本火山学会講演予稿集　2012　43-43　2012年10月14日
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
珪長質マグマ内でのガス移動メカニズム : 脆性破壊に伴う亀裂形成のその場観察

奥村聡, 中村美千彦, 上杉健太朗, 中野司

日本鉱物科学会年会講演要旨集　2011　88-88　2011年9月5日

ISSN： 1348-6543
珪長質マグマの開放系脱ガス

奥村聡, 中村美千彦, 土山明, 中野司, 竹内晋吾, 上杉健太朗

日本鉱物科学会年会講演要旨集　2010　16-16　2010年9月23日

ISSN： 1348-6543
マグマの脱水と脱ガスに関する実験的研究

奥村聡

火山　53　(6)　207-213　2008年12月29日
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
ISSN： 0453-4360
珪酸塩メルト中の水の拡散

奥村聡

日本鉱物学会・学術講演会,日本岩石鉱物鉱床学会学術講演会講演要旨集　2007　66-66　2007年9月22日

ISSN： 1348-6543
発泡した流紋岩質メルトの剪断変形実験 : 気泡組織の進化

奥村聡, 中村美千彦, 土山明, 中野司, 上杉健太朗

日本鉱物学会・学術講演会,日本岩石鉱物鉱床学会学術講演会講演要旨集　2007　57-57　2007年9月22日

ISSN： 1348-6543
放射光トモグラフィーを用いた含水ケイ酸塩ガラス中の気泡成長の4次元観察

土'山明, 佐伯和人, 奥村聡, 中野司, 上杉健太朗

形の科学会誌 = Bulletin of the Society for Science on Form　21　(2)　206-207　2006年10月1日

ISSN： 0915-6089
分光測色法によるスコリアの色変化測定と加熱再現実験

山野井勇太, 中嶋悟, 奥村聡, 竹内晋吾

火山　49　(6)　317-331　2004年12月25日
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
ISSN： 0453-4360

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In order to study quantitatively color changes of basaltic scoria erupted at Takatsukayama, North-east Izu, Japan, the scoria colors were measured by spectro-colorimetry and described m the international standard color space(CIE L^* a^* b^*)The color values [a^* (red) and b^* (yellow) values]of Takatsukayama scoria cone increase from margin to center, indicating their color change from black to red. The bulk chemical compositions of scoria, including total Fe content, remain almost unchanged despite the color variations. 0n the other hand, the FeO(Fe^<2+>) contents determined by the phenanthrolme method have a good linear relation with a^* values (red) of scoria. Under the optical microscope, the red parts are not found m the black scoria, whereas the red scoria have red parts m the groundmass and the olivine phenocryst. For dull red scoria, the red carts are observed only m the groundmass These indicate that red parts appear first m the groundmass and then in the olivine phenocryst. Visible and Raman microspectroscopy indicated the presence of hematite m these red Darts A series of heating experiments of the black scoria under an atmospheric condition at 500-1150℃ were conducted to simulate the color changes of Takatsukayama scoria. The heated scoria showed the increases in a^* and b* values (i e. red coloring). The FeO(Fe^<2+>) contents of the heated scoria had similar linear correlation with a^* values (red) as for natural ones. The presence of hematite was also found by visible and Raman microspectroscopy. These results imply that the increases m a* and b* values (red coloring) of Takatsukayama scoria can be explained by the high temperature oxidation of Fe^<2+>, resulting m the formation of hematite first in the groundmass and then m the olivine phenocryst. Since the direction of the red coloring is oblique to the depositional sequences of the cone, the high temperature oxidation process might have occurred after the scoria deposition from the center of a heat source to the outer parts.
In-situ dehydration of hydrous glasses at high temperature

S Okumura, S Nakashima

GEOCHIMICA ET COSMOCHIMICA ACTA　67　(18)　A359-A359　2003年9月

ISSN： 0016-7037
Color change of a scoria and simulation heating experiments by spectro-colorimetry

Y Yamanoi, S Nakashima, S Okumura, S Takeuchi

GEOCHIMICA ET COSMOCHIMICA ACTA　67　(18)　A555-A555　2003年9月

ISSN： 0016-7037
A52 噴出物の含水量測定によるマグマ上昇プロセスの考察 : 北海道駒ケ岳 1929 年噴火の例

奥村聡, 竹内晋吾, 中嶋悟, 中村美千彦

日本火山学会講演予稿集　2002　(0)　52-52　2002年
出版者・発行元：特定非営利活動法人日本火山学会
DOI： 10.18940/vsj.2002.2.0_52 　

ISSN： 2433-5320
顕微赤外分光法による火山ガラス中の含水量測定 (総特集水・岩石相互作用の機構と速度)

奥村聡, 佐藤泰彦, 森泉美穂子

月刊地球　22　(7)　457-462　2000年7月
出版者・発行元：海洋出版
ISSN： 0387-3498

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講演・口頭発表等 4

Gas bubble formation in crystal-rich magma and its roles on eruption dynamics 招待有り

奥村聡

AGU Fall Meeting 2020　2020年12月
Laboratory Simulation of Shear Deformation and Outgassing of Silicic Magmas 国際会議招待有り

奥村聡

Goldschmidt Conference 2016　2016年6月
Outgassing of silicic magma through bubble and fracture networks 国際会議招待有り

奥村聡

American Geophysical Union Fall Meeting　2013年12月
Coupled effect of magma degassing and rheology on silicic volcanism 国際会議招待有り

奥村聡

European Geosciences Union General Assembly　2012年4月

共同研究・競争的資金等の研究課題 22

マグマの脆性的破砕の痕跡：偏光ラマン分光法を用いた分子スケール構造からの探索

奥村聡, 宇野正起, 石橋秀巳

2024年6月28日～ 2027年3月31日
破壊実験と断層調査から解明する地震のエネルギー散逸過程

長濱裕幸, 武藤潤, 奥村聡, 河野義生, 澤燦道

2024年4月1日～ 2027年3月31日
気泡と結晶を含むマグマの粘弾性と破壊強度の測定及び構造のその場観察

並木敦子, 星野真人, 奥村聡, 上杉健太朗

2024年4月1日～ 2027年3月31日
爆発的火山噴火を引き起こすマグマの破壊現象の解明：変形するマグマの時分割構造解析

奥村聡, 坂巻竜也, 小園誠史, 上杉健太朗

2022年4月1日～ 2026年3月31日
苦鉄質プリニー式噴火の火道浅部結晶化過程と破砕メカニズムの解明

石橋秀巳, 奥村聡, 安田敦

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

研究機関：Shizuoka University

2022年4月1日～ 2025年3月31日
Catastrophic caldera forming eruption revealed by petrological and experimental study of lubrication of crystal-mush

Okumura Satoshi

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

研究機関：Tohoku University

2021年10月7日～ 2024年3月31日

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This study aims to evaluate the idea that bubbles in magma lubricate crystal mash and make it possible to ascend to the surface. We performed decompression experiments to investigate bubble formation processes and their roles on magma lubrication. Based on these experiments, we found that bubbles induce magma lubrication when the decompression rate is high, while bubbles segregate when the decompression rate is low. In addition, the bubble segregation occurred when the decompression proceeds stepwise even if the decompression rate is high. By comparing these experimental results with actual caldera forming eruption conditions (decompression history and rate), it is inferred that bubble segregation does not occur during caldera-forming eruptions and hence the formation of gas bubbles cause the lubrication of crystal mush.
火山直下のマグマの状態と将来を知る方法の提案：粘弾性測定と浸透流・破砕の実験

並木敦子, 奥村聡

2019年4月1日～ 2024年3月31日

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本研究では大きく分けて以下の４つのプロジェクトを行っている。以下にそれぞれの進行状況を記す。１）低粘性マグマの粘弾性測定では気泡を含むマグマを1200℃に加熱し、レオメータを用いてその動的粘弾性を測定する。この計画については2019年度に玄武岩を溶かす為の炉を購入し、2020年度は測定用治具を開発した。高温炉をレオメータから離して置く必要があり、その為治具を長くする必要があり、これが測定中に偏心する為正しい粘弾性の値を得る事が難しくなっていた。特殊なアタッチメントを付ける事で偏心の問題を解決し、正しい測定値が得られるようになった。２）高粘性シリシックマグマの粘弾性測定は2022年度から着手の予定であったが、予定を繰り上げて2020年度から測定装置の設計を始めた。2021年度には発注できるよう、詳細をまとめた。３）高温高圧下でのマグマの浸透率測定は2019年度に測定装置を導入し、2020年度はキャリブレーションを行った。特に、常温では信用できる測定ができるようになった。４）溶融マグマの破砕その場観察実験は2019年度にマグマを破砕する為の引張試験の方法を策定し、2020年度は950℃まで昇温可能な炉に穴をあけ、破砕の最中を高速度カメラで観察する為の光学系と照明について方法を検討した。また、応力・歪曲線を得る為のロードセル、レーザー変位計について検討した。これらを用いて予備的実験を行い、破砕の現場を撮影するとともに、応力歪曲線を得る事ができた。
苦鉄質マグマの火道上昇に伴う物性変化とその噴火ダイナミクスへの影響の解明

石橋秀巳, 奥村聡, 安田敦

2019年4月1日～ 2022年3月31日

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何故、脱ガスしやすいはずの苦鉄質マグマが激しい爆発的噴火をおこすのか？そのメカニズムを解明することが本研究の目的である。近年の研究より、火道浅部での脱ガスに駆動されたマイクロライト結晶作用（以後、脱ガス結晶作用とよぶ）によって引き起こされる苦鉄質マグマの粘性-脆性遷移が、苦鉄質マグマが爆発的噴火を発生するうえで重要な役割を担っていることがわかってきた。したがって、今明らかにすべきことは、「火道上昇中のマグマは、どのように脱ガス結晶作用が進行するか」であろう。そこで本研究では、火道浅部での脱ガス結晶作用プロセスを明らかにすることを目指し、天然の苦鉄質スコリアの石基について組織解析と化学分析を行っている。減圧結晶作用のプロセスが明らかにできれば、苦鉄質マグマの火道上昇過程でマグマの物性がどのように変化し、その結果噴火ダイナミクスにどのように影響を及ぼしたかがわかると期待できる。 3カ年の研究期間の初年度にあたる2019年度では、サブプリニ―式噴火（伊豆大島1986年B噴火）とストロンボリ式噴火（伊豆大室山噴火）の異なる噴火様式を代表する苦鉄質スコリアについて、電子顕微鏡による石基組織の組織解析と石基ガラスの化学分析を行い、両者について火道浅部における脱ガス結晶作用のプロセスを検討した。その結果，(1)ストロンボリ式噴火では、火道浅部の高結晶度・高粘性プラグが重要な役割を果たしていること、(2)苦鉄質サブプリニ―式噴火では、およそ600mより浅部で破砕がおこっていることなどが明らかとなった。
爆発的火山噴火を誘発するマグマの破砕メカニズムの解明と噴火推移予測モデルの構築

奥村聡, 小園誠史, 伊藤正一

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Tohoku University

2018年4月1日～ 2022年3月31日

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火山噴火の爆発性を決定づけているのは，地表へ上昇するマグマの破砕である．マグマ破砕は高粘性流体であるマグマの流れを，マグマの飛沫を含む低粘性ガス流へと変化させることで爆発的噴火を引き起こす．破砕メカニズムには，マグマ中に形成された気泡の体積が十分に大きくなった場合と気泡の急成長によってマグマが脆性的挙動を示す場合が考えられているが，どのようなメカニズムで爆発的噴火が誘発されているかは未解明である．本研究では，どのような破砕メカニズムが爆発的噴火を誘発しているか明らかにするために，マグマ中の微結晶形成を利用したマグマ圧力計を実験的に作成し，それを国内3火山の爆発的噴火の噴出物に応用することでマグマが破砕した圧力を決定する．そして，得られたマグマ破砕圧力を説明できる破砕メカニズムを明らかにし，噴火推移予測モデルを構築することが最終目標である．本年度は，（１）前年度までに構築した減圧実験装置を用いて，有珠火山1977年噴火の減圧再現実験を行い，（２）有珠火山1977年噴火の噴出物の調査と解析を進めた．これらの結果から，有珠火山噴出物の微結晶組織を再現するために必要な減圧率や破砕圧力がおおよそ制約できた．また（３）実験で得られた結晶化速度を考慮したマグマ上昇の物理モデルの構築を進めた．昨年度と今年度の研究より，結晶化によってマグマ粘性が増加し，それが脆性破砕を誘発する可能性が示されつつある．一方で，粘性増加は流動に伴う圧力低下を誘発し，結果として揮発性成分の析出，発泡を引き起こすこともわかってきた．今後，これらの複雑な関係を詳細に検討していく．
時間分割X線回折で探る差応力下におけるマグマの微視的構造と破壊現象

奥村聡, 坂巻竜也, 上杉健太朗

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

研究機関：Tohoku University

2019年6月28日～ 2021年3月31日

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マグマは岩石が熔融してできた液体であるが，火山噴火過程においては早い変形を受け液体から固体へと変化する．この液体から固体への変化は様々な物質で観察されるが，これらの変化がなぜ発生するのか，その微視的原因は未解明である．本研究では実験システムを独自に構築し，放射光X線を利用することでミリ秒スケールという高時間分解能での時間分割X線回折（XRD)・小角散乱(SAXS)実験を行い，固体へと変化するマグマの微視的構造変化を明らかにすることを目標としている．本年度は，X線吸収係数の小さな窒化ボロンとカートリッジヒーターを利用した加熱炉を作成し，SPring-8でメルトの引張実験を行った．初めの実験では，マグマの模擬物質として酸化ゲルマニウムメルトとソーダライムメルトの引張試験を600-650℃の範囲で行った．引張速度は100um/秒である．また，引張試験中，100ミリ秒ごとにメルトのXRDを行うことで構造変化を調べた．その結果，ソーダライムメルトは変形中もXRDパターンに変化が無く，XRDで観察される構造に変化が無いということが分かった．酸化ゲルマニウムについてはデータ解析中である．2回目の実験では，XRDと同時にSAXSを行うための実験システム構築を行った．XRD用の検出器を試料から200㎜程度の位置に設置し，SAXS用の検出器は3m程度の位置に設置した．酸化ゲルマニウムメルトとソーダライムメルトの引張試験中にXRDとSAXSを同時取得した．XRDの撮影は1回目と同様に成功した．SAXSのデータについては、解析方法を含めて検討中である．
浅部マグマ過程のその場観察実験に基づく準リアルタイム火山学の構築

中村美千彦, 三宅亮, 小園誠史, 奥村聡, 下司信夫, 上杉健太朗, 無盡真弓

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

研究機関：Tohoku University

2016年5月31日～ 2021年3月31日

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FE-SEMによるその場観察実験により、桜島の安山岩質メルトからのFe粒子・スピネル相・斜長石などの結晶核生成と結晶成長を高温その場観察し、FeやPt 粒子の合体成長を確認することができた。またハワイの玄武岩質メルトからの斜長石・輝石の結晶成長その場観察にも成功した。またガラスチューブ法を用いた含水安山岩質マグマの加熱急冷実験産物（800～1000℃，0.1～6 MPa, 実験時間30分～32 時間）を高倍率観察することで、含水量・圧力の効果を検証・圧力の効果が系統的に明らかとなった。天然試料の観察では、新燃岳2011年噴出物に含まれる輝石ナノライトの晶相に、噴火様式による違いがあることを見出し、TEM観察から、組成累帯構造が晶相変化の過程を記録している粒子を発見した。これにより、晶相は浅部火道環境を推定するための新たな指標となる可能性があることがわかった。 Spring-8のX線CTシステムでは、主に照明光学系の増強により、マイクロからナノまでを繋ぐマルチスケール計測がほぼ完成した。ナノスケール放射光X線CTによって輝石形状の３D観察に成功し、Mujin et al.（2017）で報告された混相組織（複合輝石）の３Dでの広がりを明らかにした。さらに、アイフェル火山のアルカリ玄武岩の中に、スピネル相のoriented attachmentを見出し、天然の噴出物でも非古典的核形成が起こっていることを見出した。高温苦鉄質マグマ変形実験装置が完成し、発泡玄武岩の変形実験を行った。大直径の二重円筒形サンプルホルダーを新たに製作・導入することで、従来より火道を上昇するマグマの変形に近い幾何学的条件を達成することができた。火道流の数値計算では、富士山の宝永噴火および桜島の大正噴火における火道流のダイナミクスを再現できる一次元定常火道流モデルの構築に着手した。
低粘性の玄武岩質マグマの爆発的噴火メカニズムの解明

石橋秀巳, 奥村聡, 三井雄太, 安田敦

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

研究機関：Shizuoka University

2016年4月1日～ 2019年3月31日

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本研究課題では，熱力学シミュレーションおよび天然火山噴出物の観察・分析によって，苦鉄質マグマの噴火ダイナミクスに強い影響を及ぼすマイクロライトの減圧結晶作用が，マグマの温度によって主にコントロールされることを明らかにした．また，室内でのマグマの結晶作用実験によって，結晶作用のカイネティックな遅れが残液メルトの組成変化経路の実効的冷却速度依存変化をもたらすが，メルト-斜長石間の元素分配関係そのものは実効的冷却速度に依存しないことを示した．したがって，含水・流動条件下で結晶作用が促進され，カイネティックな遅れが無視できる場合，平衡条件下で定式化されたメルト-斜長石温度計を適用可能と考えられる．
珪長質火山活動の開始とその噴火様式の支配条件の解明：高結晶度マグマの流動・固化

奥村聡, 小園誠史, 栗谷豪

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Tohoku University

2015年4月1日～ 2018年3月31日

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珪長質火山活動の謎の一つは，流動を阻害する結晶を多量に含む高結晶度マグマによる爆発的噴火である．50vol%程度以上の結晶を含むマグマは固体的挙動を示すために爆発的噴火にはマグマ流動化が必要だが，そのメカニズムは不明であった．この問題を解決するために，本研究では高結晶度マグマの減圧発泡実験および粘性測定を行った．その結果，大きな減圧速度では気泡形成により固相同士が分離することでマグマが流動化し，逆に小さな減圧速度では脱ガスが進行し固化してしまうことが分かった．つまり，高結晶度マグマが爆発的噴火を起こすには，噴火前に大きな過剰圧を蓄積するなどして，大きな減圧率を達成する必要があることが分かった．
高温変形実験による浅所貫入マグマ物性の研究

中村美千彦, 奥村聡, 三宅亮, 下司信夫, 小園誠史

2016年4月1日～ 2017年3月31日

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火山の火道浅部まで上昇したマグマは、減圧により発泡して上昇の駆動力を得ると同時に、脱水して大きな過冷却状態に置かれ、微細な結晶が晶出して粘性が急上昇する。その両者がいかにバランスするかで、噴火の発生や噴火様式が決定される。本研究ではこれまで未解明のままである、安山岩～玄武岩質マグマの脱ガス機構、特に流動・変形の効果を高温変形実験により調べるとともに、マグマの粘性に対する減圧脱水結晶作用の影響を明らかにする。そしてこの両者を火道流物理モデルに組み込み、実際のマグマ貫入事例の圧力―時間履歴に即したマグマ挙動の時間発展を予測可能とすることを可能とし、さらにこの予測を、実際の活動推移や噴出物と比較し、モデルの検証や現象の解釈を行うことで、火山噴火メカニズムの解明に貢献することを目指した。初年度は、まず独自の流紋岩質マグマの変形その場観察装置開発の実績と経験を基に、より高温に対応した改良型の製作を目指し、その設計に着手した。 Anton Paar社の粘弾性精密粘性測定ユニット（レオメーターヘッド）を組み込み、幅広い範囲の粘性と同時に、振動測定法により弾性の測定を可能とする計画に基づき。高温電気炉部分の、より詳細な装置設計を行うため、先にレオメーターヘッドの制御ソフトウェアを購入し、制御ソフトの構成や、設定可能パラメターを調べるとともに、物性データの取得手順などを確認した。その結果、本実験試料のように、時々刻々と物性が変化する場合には、一部の手順で通常用いる自動制御が使えない可能性があり、模擬試料によるマニュアル制御法のキャリブレーションを行うための試料ユニットを用意するのがよいことがわかった。また自作した加熱装置に応じて、ソフトウェアを書き換えることができることもわかった。本研究の内容は基盤研究Sに含まれ、継続して実施される。
減圧するマグマ中での硫黄の固気液相間の分配関係：火山ガス組成の予測モデルの確立

奥村聡, 角野浩史, 古川善博, 石橋秀巳

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

研究機関：Tohoku University

2015年4月1日～ 2017年3月31日

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マグマ中の硫黄は水蒸気などと一緒に火山ガスとして地表へ放出され，大気組成や気候に大きな影響を与えている．そのため硫黄がガスとして大気へ放出されるのか，岩石中に固定されるのかを決定づけるマグマ中の硫黄の固気液相間の分配関係を決定することは，火山ガス組成の理解と予測には必要不可欠である．本研究ではマグマの上昇・減圧過程（1～900MPa/hの減圧速度）の再現実験を行った．その結果，高減圧速度下において水・硫黄の非平衡脱ガスによってマグマが酸化し硫化金属が分解することを発見した．この結果は，固気液相間の硫黄分配が減圧速度に依存し，火山ガス組成はマグマ減圧速度の違いによって変化しうることを意味する．
不均一に気泡が分布する粘弾性体の固体/流体遷移領域における破砕メカニズムの解明

亀田正治, 山中晃徳, 市原美恵, 奥村聡, 上杉健太朗

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

研究機関：Tokyo University of Agriculture and Technology

2014年4月1日～ 2016年3月31日

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爆発的火山噴火のトリガーである発泡マグマの破砕過程を解明するための室内実験と数値シミュレーションを進めた．まず，X線CT撮影により内部の3次元空隙構造を把握した発泡マグマ模擬材料を用いた急減圧実験，その試料の応力分布を算出する３次元有限要素法解析から，き裂進展のきっかけとなる気泡周りの応力集中と実験で見られたき裂発生箇所が良く一致することを示した．次に，フェーズフィールド法と有限要素法のカップリングによる，マクスウェル粘弾性体内き裂進展計算ソルバを開発した．モデル計算として，切欠きを有する２次元平板の一軸引張過程を解いたところ，粘度の違いによるき裂進展過程の変化をとらえることに成功した．
新しい粒子分解法とＸ線ＣＴによる界面岩石学の創出

中村美千彦, 谷健一郎, 奥村聡, 吉田武義, 佐々木理

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

研究機関：Tohoku University

2013年4月1日～ 2016年3月31日

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世界各地の上部マントル・下部地殻捕獲岩をＸ線ＣＴ法で観察するとともに、高電圧パルス衝撃分解法で粒子を分解し結晶表面を観察した。ほとんどの捕獲岩は、高温高圧下で流体相に満たされていたと思われる空隙を含み、その体積分率は局所的に5%程度に達する。またその三次元形状は多面体～扁平楕円体であった。これによる地震波の縦波と横波速度の相対的な低下率（Rsp値）は最大で10%程度と見積もられる。マントル捕獲岩の結晶粒界に孤立して存在した流体の形状から得られた二面角は産地により異なり、鉱物組成から見積もられる平衡温度圧力を考え合わせると、マントルで試料中に存在した流体の二酸化炭素濃度を表していると考えられる。
火山噴火の爆発性とマグマの変形集中の定量的関係の解明

奥村聡

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

研究種目：Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

研究機関：Tohoku University

2012年4月1日～ 2015年3月31日

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火山噴火の爆発性はマグマの発泡と脱ガスによって支配される．爆発の駆動力を抑制する脱ガス（外部へ揮発性成分を放出する過程）の効率は，マグマの変形によって左右される．本研究は，放射光X線を利用することで高温封圧下で流動するマグマを直接観察し，変形集中の発生条件を解明した．その結果から，マグマ上昇中の脱ガス効率の変化を予測することが可能となった．またマグマの温度，圧力，変形速度が変形集中の発生と集中帯の回復の要因となりえることが示された．
火山噴火様式の分岐を支配する火道浅部脱ガス機構の研究

中村美千彦, 栗谷豪, 安井真也, 奥村聡, 吉田武義

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Tohoku University

2009年～ 2012年

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新燃岳2011年噴火を例に、噴火の爆発性の違い(サブプリニー式噴火とブルカノ式噴火・溶岩ドーム噴火)により、火道浅部でのマグマ滞留時間が異なることを石基の微細な結晶が記録していることを見出した。また、安山岩質軽石を出発物質として、火道浅部条件における、発泡組織の表面張力による形状緩和実験を行った。気泡の形状緩和・合体速度とその水蒸気圧依存性を明らかにするとともに、圧密が進行し、ガスポケットの形成を促す可能性があることがわかった。
火山の爆発的-非爆発的噴火の分岐を支配するマグマの脱ガスの定量的理解

奥村聡

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

研究種目：Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

研究機関：Tohoku University

2009年～ 2011年

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火山噴火の様式や爆発性を支配する要因の一つは, 地表へ上昇するマグマ中に形成された気泡内のガス成分が外部へ流出する, つまりマグマの脱ガスである.本研究では, 独自に変形実験装置を作成し, 放射光施設SPring-8のX線イメージングを利用することで, マグマの流動と脱ガスを世界で初めて観察することに成功した.この実験の結果, 流動するマグマからの脱ガスは非常に効率的であることが示された.これは発泡度の高いマグマを爆発的に噴出する火山噴火においては, 脱ガスを抑制するまだ知られていないメカニズムが存在していることを示唆する.
火山噴火の様式を支配する脱ガス率の定量化:マグマ中の気泡の変形とその効果

奥村聡

2006年～ 2008年

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マグマの上昇中に起こる脱ガス率を決定することは,火山噴火の多様性の原因を解明するために重要である.これまでに,天然試料を用いた研究が行われてきたが,それらはマグマの変形や圧密など様々なプロセスを経た結果を表わしていて,マグマ上昇中の情報だけを引き出すことは原理的に難しい.一方で,マグマの上昇を模擬した実験から得られている結果は,地球化学的・地球物理学的な観測研究の結果と一致しない点が挙げられている.特に,マグマが脱ガスを開始する予想深度について不一致が見られる.これらの問題点を解決すべく,申請者はマグマが流動しているという事実に着目し,これまでほとんど検討されていないせん断応力下における気泡組織の進化に注目した. 過去2年間の実験,分析と考察の結果から,せん断変形によりマグマ中の気泡合体が促進され,それに伴いマグマの脱ガス率が上昇する可能性が示された.今年度は主に,浸透率の実測とその結果を用いた物理モデルの構築,そしてマグマの脱ガスと噴火様式の多様性の関係について考察した.まず浸透率の測定結果から,せん断変形により浸透率が2-4桁程度も上昇する可能性が見出された.そして,この結果を組み込んだ物理モデルからは,噴火様式を支配する要因の一つとして火道の形状(火道半径と長さ)が挙げられた.つまり,半径が大きく長さの短い火道ほど爆発的噴火になりやすく,半径が小さく長い火道では比較的穏やかな噴火になると予想される.これらの結果からは,噴火様式を予測する方法の一つとして,地球物理学的な方法などを用いて火道形状を計測する方法が提案される.
マグマの脱水速度論に基づくマグマ上昇時間スケールの定量化

奥村聡

2004年～ 2005年

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マグマの脱水速度を決定しマグマ上昇の時間スケールを考察することは,火山噴火のダイナミクスを理解し火山噴火の様式を予測するために重要である.本研究は,マグマの脱水速度を定量化し,マグマ上昇の時間スケールを考察することを目的とした. 本年度の主要な成果として次の3点が挙げられる.まず,第一に多様な化学組成をもつシリケイトメルト中の水の拡散係数を決定し,その化学組成依存性をモデル化した点である.この研究により多様な化学組成を持つマグマについて,噴火時の脱水をモデル化することが可能になった.この研究成果は,国際雑誌に発表した.また,関連成果を国内誌に投稿中である.第二は,シリケイトメルトの脱水機構としての拡散・反応モデルを構築した点である.この研究では,脱水機構を詳細に調べるため申請者が確立したシリケイトメルトの脱水その場観測実験を行った.また,拡散・反応モデルを構築し,そのモデルを基に数値実験を行った。この研究により,流紋岩質メルトの脱水はH_2O分子の拡散と2段階の反応モデル(H_2O分子⇔OHペアとOHペアの形成)で説明可能であることが示された.また,モデルに含まれる速度論的パラメーターの決定に成功した.この研究成果は,国際雑誌に投稿中である.最後に,これまでに決定された脱水速度と火山噴出物中に残る脱水の痕跡からマグマの上昇スケールについて考察を行った.そして,爆発的な噴火であるプリニー式噴火のマグマ上昇の時間スケールが〜1000秒程度であることを示した.

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