アナログ実験「ゼラチン中の液体で満たされたクラックの移動」

特徴シースルー実験,密度,応力,注入率を制御可能.クラックの理論解析では2次元が限界であったが,3次元の形状と移動が観察できるので,理論的解析を補うことができる.クラックの応力に関する様々な挙動の研究に威力を発揮している.最近では,割れ目噴火の実験にも利用されている.地下の見えない岩脈やそれによる地殻変動,そして割れ目噴火までのマグマ供給系のイメージを作るのに適しているので,一般向けの普及活動に利用されている.柔らかいゼラチンでは,先端での塑性変形を起こることを十分理解しながら行うべきである.金属でも,その先端で塑性変形が現れることがある.アナログ実験に係わる弾性体,破壊,流動しくみは,それぞれの相似則が異なるので,すべての相似は満たしていない.

とりあえず試してみよう.簡単な方法


動画 Takada (2005)



図左 ゼラチン実験の例(高田,2004より).矢印は液体の移動方向.3,5はクラックの側面,他はクラックの正面.(1,2: 高田(2003),3: Takada (1994a), 4: Koyaguchi and Takada (1994), 5: 高田(1995).

図右 液体で満たされたクラックが表面に近づくと,ゼラチンの表面変形”地殻変動”が観察できる.隆起域と沈降域からなる地溝状.


歴史1970年代に,ゼラチン実験は,Fiske and Jackson (1972)が山体荷重によるリフトゾーンの形成機構に,Pollard (1973) が不連続材質の影響などの考察にそれぞれデモとして使われたが,その後は,しばらく研究がない.従来型の延長として,Hydman and Alt (1987) やMcGuire and Pullen (1989)のデモ研究が行われた.1980年代後半に,クラックの定量的な物理研究が行われはじめた.Maaloe (1987) では,クラックの形状を計測した.Takada (1990)は,物性の異なる様々な注入物質でのクッラクの移動と形状の変化の定量的な評価を行った.クラック先端の塑性変形という欠陥に関してのLister and Kerr (1991) の批判があるものの,現在でも,以下のように様々な応力状態でのクラックの挙動の研究が行われている


クラックの移動Heimpel and Olson (1994), Dahn (2000), Menand, T. and Tail, S. R. (2002)

クラックの相互作用Takada (1994a), Takada (1994c), Ito, G. and Martel, S. J. (2002),

山体加重の影響Muller, J. R., et al. (2001) , Watanabe, T. et al. (2002)

二相流体の混合Koyaguchi, T. and Takada, A. (1994)

貫入量と噴出量Takada (1999)

割れ目噴火と噴出率:最近の学会発表(高田,1992;高田,1993;Takada, 1993; 高田,1994a)

岩脈群によるマグマ供給の制御:最近の学会発表(Takada, 1994; 高田,1994b)

火山研究の中の位置づけ:高田(2004)AIST Today.


文献

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最近の学会発表(高田)

高田亮 (2002) 割れ目噴火の噴火経緯ー観測量とアナログ実験からー,地質学会.

Takada, A. (2003) Fissure length, erupted volume and activity duration of a fissure eruption, Cities on Volcanoes, Hilo, Hawaii.

高田亮 (2003) 割れ目噴火のバリエーション(その1):噴火の経緯,火山学会秋季大会.

高田亮 (2004a) 割れ目噴火のバリエーション(その2):長さ,噴出量,継続時間,地球惑星科学関連学会2004年合同大会.

Takada, A., (2004) Dyke systems in the island-arc volcanoes, AOGS meeting.

高田亮 (2004b) 岩脈群の成長はマグマ供給をどのように制御できるか,地質学会.

高田亮 (2005) ゼラチンを使ったマグマの移動から噴出までの実験,地球惑星科学関連学会2005年合同大会  A111キッチン地球科学.