固体直流電気伝導度による海氷の結晶構造の異方性
15
0
0
全文
(2) . 北海道教育大学紀要 （自然科学編） 第５０巻 第１号. 平成 １１ 年８月. ｌｏｆ Ｈｏｋｋａ ｉｄｏ Ｕｎ ｉｖｅｒ Ｊｏｕｍａ ｉ ｉｏｎ（Ｎａｔｕｒａ ＩＳｃ ｔｙ ｏｆＥｄｕｃａｔ ｉ ｌ ）Ｖｏ ｓ ｅｎｃｅｓ ．５０ ．Ｉ ， Ｎｏ. Ａｕｇｕｓ ｔ ，１９９９. 固体直流電気伝導度による海氷の結晶構造の異方性. 戸山 陽子・西尾 文彦 北海道教育大学教育学部釧路校 応用理学コース （地球惑星科学研究室）. Ｓｅａ ｉｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ ｂｙ ＥＣＭ ｍｅｔｈｏｄ. Ｙｏｋｏ ＴＯＹＡＭＡ ａｎｄ Ｆｕｍｉｈｉｋｏ ＮＩＳＨＩＯ Ｅａｒ ｉ ｉ ｔｈ ａｎｄ Ｐ１ ｔａｒｙ Ｓｃ ｉｄｏ Ｕｎ ｉｖｅｒ ｉ ｉｏｎ ａｎｅ ｔｙｏｆＥｄｕｃａｔ ｅｎｃｅ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｒｏ Ｃａｍｐｕｓ ｓ ，Ｋｕｓｈ ， Ｈｏｋｋａ. Ａｂｓｔｒａｃｔ. ＥＣＭ （Ｅ１ｅｃｔｒｉｃａＩＣｏｎｄｕｃｔ ｉｖｉ ｉｅｄｔｏ ｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｓａｌ ｔｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎｉ ｉ ｌｅｏｆｓｅａ ）ｍｅｔｈｏｄｉ ｔｙｐｒｏｆ ｓａｐｐｌ ｉｃｅｃｏｒｅｃｏｌ ｌｅｃｔｅｄ ａｔｔｈｅｓｅａｉｃｅｆ ｌｏｅ ａｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ． １ｎ Ａｎｔａｒｃｔ ｉｃｓｅａｌｃｅｃｏｒｅ ｔｗａｓｓｈｏｗｎｔｈａｔ ，ｉ ｉｎｉ ｔｈｅ ｈ ｉ ｔｙ ｗａｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈｅ ｈ ｉ なｌｅｖｅｌ ｇｈ ｓａｌ ｇｈ ＥＣＡ ‐ Ｈｏｗｅｖｅｒ ，ａｔ Ｌａｋｅ ｓａｒｏｍａ， Ｅａｓｔｅｒｎ Ｈｏｋｋａｉｄｏ， Ｊａｐａｎ，ｉ ｔｉ ｉａｔｅｄ ｗｉ ｔｈｔｈｅ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ ｏｆｓｅａｉｃｅｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅ ＥＣＭ １ｅｖｅｌ ｓ ａｒｅ ａｓｓｏｃ ｔｈａｔｉ ｓ ｓ ａｎｄ ，ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ａｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅａ ｉｃｅ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｇｒａｎｕｌａｒ ｃｒｙｓｔａｌ ， ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｒｙ，ｔｈｅｌ ｏｗｅｒ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ａｒｅｉｎ ｔｈｅ ｃｏｌｕｍｎａｒ ｃｒｙｓｔａｌｓ ｏｆ ｓｅａ ｉｃｅ ｔ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔｔｈｅ ． １. ｄｅｇｒｅｅｏｆ ｍｏｖｅｍｅｎｔｓｏｆｅｌｅｃｔｒ ｉｃａｌｃｈａｒｇｅ ｍａｙ ｂｅｃａｕｓｅｄ ｂｙｔｈｅ ｍｏｂｉ ｌ ｉ ｔｙｉｎｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｏｆｓｅａ ｉｃｅｃｒｙｓｔａｌ ．. １． は. じ. め. に. 固体直 流電 気 伝 導度 （Ｅ１ ｉｖｉ ｉ ＩＣｏｎｄｕｃｔ ｔｙ Ｍｅａｓｕｒ ｔ ｒ ｅｃ ｃａ ｅｍｅｎｔ ， 以 後 ＥＣＭ と 呼称 する） 測 定 は氷 コ ア を鉛. 直方向に半割れの二つに切断し， 電極で切断面上を走査して電極間を流れる電流を検知し， 電気的特性の違 いから氷に含まれている不純物などの濃度を測定する方法である． この測定法が応用されたのは， 南極やグ リ ー ンラ ン ドで氷床 コ ア 解析 の際 に， コ ア に含 ま れて いる 火 山の シ グナル の抽 出やコ ア の 年代 を推定 する た め に用 い ら れ， 掘 削現 場 での有 効 な解析 手 段 と して取 り入 れ られた（Ｈａｍｍｅｒ １９８０ ）． 海氷 への応用 と して， ， ＥＣＭ 法 を用 いて， 南 極オ ングル海 峡 にお ける 海氷コ ア の 塩分 量 を測定 した 例 え ば海 氷 のリモ ー トセ ンシ ン ．. グの研究では， 海氷の塩分量等の物理的性質の調査が必要である． また， 海氷の塩分は時間の経過と共に脱 落 して いく た め， 迅速 に測 定 する 必 要 があ る． ＥＣＭ 法 による 測定例 で は 塩分 量 と ＥＣ レベ ル によ い相 関 が ，. あることが示された．本研究では南極での海氷の測定例から，ＥＣＭ 法により簡便に海氷コアの塩分量の測定 を行うために， 海氷コアの掘削現場での解析手法の開発を目的とした． 海氷の測定は北海道東部に位置する サ ロマ 湖 の 海氷 を用 い て 行い， ＥＣ レベルと海氷塩分量の相関を調べた その結果 海氷における固体直流電 ， ．. 気伝導の機構は温度と結晶構造に強い依存性が見られた．ここでは，ＥＣＭ 法による海氷構造と異方性につい て得られた結果およびＥＣ レベルと塩分量の相関について述べる． （ ） ４９.
(3) . 戸山 陽子・西尾 文彦. ５０. ２． 氷の電気伝導の機構とＥＣＭ の原理 氷をはさんだ二つの電極間に直流電場をかけると， 電流は氷結晶中の電荷の移動度と濃度に加えて， 電極 ） ８１ と氷結晶間での電荷の交換の程度 （空間電荷） に応じて流れると考えられている （前野， １９ ． また， 時間 の経過と共に電極における電荷の交換は電流を制限するようになる． 氷結晶中では電極中の電流は電子の移 動 によ っ て 流 れる の で はなく， 正の電 荷 （プ ロ ト ン） の 移動 によ っ て 流 れる 機 構 をもつ． この 過程 は， 氷 結. 晶中で生じる配向欠陥とイオン欠陥の発生に応じて正の電荷 （プロトン） が移動することによって起こる． ジ と生 じる． 結 合 の上 で二個 の 配 向欠 陥 は Ｆｉ ｇ ‐１ のよう に 一個 の プロ トン が 隣の 水素結 合の 上 に ャ ンプする プロ トンの 存在 する 部 分 が （Ｄ 欠 陥）， プロ ト ンの空 に な っ た部 分 が （Ｌ欠 陥） である． ジ プす る こ とによ っ て， Ｈ３０十 と 一 方， イ オ ン欠 陥 と は， Ｆｉｇ ．２ のよう に水 素結 合上 を プロ ト ンが一 回 ャ ン ０Ｈ‐ の 一対 のイ オ ン欠 陥が生成 さ れる．. ）イオンは電極に出入りする電子に変換される． そ ）イオンと（Ｈ３０＋ 電極と氷の接触面で氷の中の （ＯＨ－. Ｄ ｄｅ荘児ｔ. Ｄｄｅ云 ｃ尤ｔ. 一１ ‐÷÷. Ｌｄｅｇ ｔ ｅｃ. ｌｄｅｆ ｉｏｎａ ｉ Ｆｉｇ． １． ｏｒ ｅｃｔ ｅｎｔａｔ ．. ＋. －. 日 ０十 ３. ０日－. 日 ０｛ ３. ２ Ｆｉｇ． ｃ ｄｅｆｅｃｔ ． ． ｌｏｎｉ. ） （ ５０.
(4) . . １ ５. 固体直流電気伝導度による海氷の結晶構造の異方性. して （ＯＨ－ ） イ オ ンの移動 度 よ りも 小さ いた め に プラ ス の電 極 での電 荷 の交 換 が ） イ オ ンの 移動度 は （Ｈ３０＋. 電流を決定すると考えることができる． そのため純氷における ＥＣＭ は氷 中の （Ｈ３０＋） イ オ ンの 移動 度 と濃 度によるものである． また， 氷内に流れる電流の決定には空間電荷の生成が起こり， 氷に接触し固定した電 ｉ ） 極を流れる電流は減少していくため， 空間電荷の考慮もしなければならない （Ｆ ｇ ．３ ． ）． ＥＣ レベ ル と酸 性度 （氷の 融 解液 中の ｐＨ 濃度） との 間 にはよ い 正 の相 関 関係 がある （Ｈａｍｍｅｒ ， １９８０ １ ８０ と高 い ＥＣ レベルが同期し 所々ピークで違 １ ８０ の 関係 は Ｆｉ ＥＣ レベ ル と げ ｇ ‐４ に示 すよう に夏期 間の ， ８０ にお ける 季 節 変化 はほ ぼ一致 して いる Ｆｉ い が見 ら れる が， ＥＣ レベ ル と １ ．４ の ピーク の ず れは火 山 起 ． ｇ. 原 な どの ＥＣ レベルを高める酸を生成する化学性物質の供給があるからである．. ３． 海氷の電気伝導の機構 前章で述べたことは， 純氷における電気伝導とその機構の概念である． 海氷における電気伝導機構は， 氷. ◎. ◎. ｅ. ◎. ｅ. 套 曾塞 ｅ ｅ. ◎. ｅ. ｅ ｇ 」. . . . ｃｈａｒｇｅＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｄｉｓａｂｌｅｄ. ＧＰ. ｅ ◎ ◎ｅ ◎. ｅ. …う. ｅ ◎ ｅ. ｅ. Ｃｈａｒｇｅ ｃｏｎｖｅｒｓｌｏｎ ｅｎａｂ１ｅｄ Ｎｅｇ紙ｉ ｖｅｃ無鵜潔 憾唖 郡 ＰＯ縦口▽ｅｃｈｍｇｅαｍ ｍ . ｉ ｉ ｌｄ Ｆｉｇ‐ ３ ｌｅｔ ｌ ｔｅ ） ｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆｓｐａｃｅ ｃｈａｒｇｅ ｂｕ ‐ｕｐ（Ｎｅｆ ‐ Ｓｃｈｅｍｅｔ ．ａ ． ． ，１９８５. ２１０ ２１１ ２１２. 稼. 覇 ＞÷. ２１２ ２１３ ２１４ ２１５. 区ヨ. ３ ０ ‐. ６ 之４ ヤ ーデ. ０. １１副. ３. 『－．９ ｍ， －. １２. ８０）ａｎｄ ＥＣ１ ＩＶａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｎ ｏｘｙｇｅｎｉ Ｆｉｇ． ｌ ４ ｓｏｔｏＰｅ（げ１ ｅＶｅ ｓ ． Ｓｅａｓｏｎａ ． ８０ ｒｅｃｏｒｄ Ｃｏｍｐａｒｉ ｆｓｅａｓｏｎａｌｆｅａｔｕｒｅｓｉｎｔｈｅ ＥＣＭ ｓ ｉｇｎａ ｌａｎｄｔｈｅ β１ ｓｏｎ ｏ ｌｏｗ ｓｕｒｆａｃｅｉｎ Ｄｙｅ３ Ｇ ｌ ｄ Ｊ ｆ ｌ ｔｈ ｏｆ８６５ ｔ ａｔ ａ ｄｅｐ （ ｒ １ ｒ ・ｂｅ ） ｒ ｅ ｅ ｎ ｎ ａ ｅ ｅ ｅ ｔａｌ ． ． ， ，１９８５. （ ） ５１.
(5) . 戸山 陽子・西尾 文彦. ５２. ‐等の 結 晶 内 にお ける プロ ト ンの 移動 によ っ て 電 流 が決 定さ れる よ りも， 海氷 内の ブライ ン中に存 在 する Ｃ１. 濃度により決定される（藤野， １ ） ９６７ ． また， ブラインが海氷内で結晶粒界か結晶格子間のどちらに存在する か によ っ て ＥＣ レベ ル が大きく 異 な っ てく る．. 海氷は純氷とブライ ン， 固体塩から構成されている． ブライ ンは海氷の結晶粒界やＣ軸に垂直方向に並ん だ ブライ ン ポ ケ ッ トと して 存 在 し， 高 い塩分 濃度 をもつ． 海氷 の 温度 が 下 が る と， ブライ ン内 で変化 が起 こ ０ る． Ｆｉ ｇ ．５ に そ の 変 化 を 示 す． －２３Ｃに な る と ブ ラ イ ン 内 か ら ＮａＣ１・２Ｈ２０ が 析 出 し，一４ずＣに な る と ＭｇＣ１ ） と呼 ぶ．－５ずＣ以 下 になる と ｉ ｉ ｉ ｉｎｔ ｔａｔ ｏｎｐｏ ｐｒｅｃ ｐ ２・１２ Ｈ２０ が 析 出さ れる． この二つ の温度 を析出点 （. 液体のブラインはほとんどなくなり， 海氷は氷と固体塩だけから構成される． この温度を共融点 ） と呼 ぶ また，－８． Ｃでも Ｎａ ｐｏｉｎｔ ２Ｓ０４・１ＯＨ ．. （ｅｕｔ ｉｃｔ ｉｃ. が析 出 する が， この図 か らもわ かる よう に， 析 出する 塩. の 主 なもの は ＮａＣ１・２Ｈ２０ と ＭｇＣ１・１２Ｈ２０ である． また， ＥＣ レベ ル は温度 依 存性 をもち，－ ５ｏＣ以 上 に なる と， ＥＣ レベ ル は疑似 液体層 による 表面電 流 が支配 的 となり，－５０Ｃ以 下 になる と体積 電流 の機 構 によ る. 伝導を示す． ここで述べる体積電流とは，疑似液体層の影響を受けず，海氷内の結晶粒界や結晶格子を伝わっ て流 れる 電流， およ び ブライ ンポケ ッ トな どを介 して 伝 導 する 電流 のこ と をさ す．. ‐１０. ‐２０. ‐３０. ‐４０. ‐６０. ‐７０. Ｔｅｍｐｅｒ ａｔｕ ｒｅ（℃）. Ｆｉｇ． ５ ｃｅ ． ＴｅｍＰｅｒａｔｕｒｅ ｄｅＰｅｎｄｅｎｃｙ ｏｎ ｂｒｉｎｅａｎｄｉ ｉｎｅｒ １ ９ ８ ６ ） ｔｅ ｌｎ ｓｅａｉ ｃｅ（Ｎ‐ Ｕｎｔｅｒｓ ‐ ，. ４． ＥＣＭ 測定 方法. ＥＣＭ の測 定 装置 は Ｆｉｇ ．６ に示すよう に二本 の電極 と， 直 流高圧 電 源， ５～ｌｏｋｏ の抵 抗 の両端 の電圧 変 化 を測 定 するた めの × －Ｙ レコ ー ダーか ら構成さ れてい る． 電 極 は直径 ２‐３ ｍｍ の真 鋳 の棒 を加工 した もの を. 使用した．電極のホル ダーはベークライ ト製の絶縁版を使用した．電極の走査については約４ｃｍ の幅の電極 に約 ５００ｇ 相 当の重 り をのせ， 手 動 で走 査 した． また， 個々 の 結 晶構 造 の ＥＣＭ の測定 に関 して は， 約２ｃｍ. 幅の電極を海氷内に埋め込んで定常電流の測定を行った． ここで述べる定常電流とは， 次のように定義する． ｉ 氷に直流電圧をかけ， 氷を通して流れる電流の時間変化を測定すると， Ｆ ｇ ．７に見られるような瞬間的に流 （ ） ５２.
(6) . ５ ３. 固体直流電気伝導度による海氷の結晶構造の異方性. も８. Ｅ１ ｔ ｅｃ ｒｏｄｅ. ｌ ｌ ｄｅ ｃｅｃｏｒ ｅｈｏ ｒ. Ｆｉｇ．６． １ｎＳｔｒｕ ｆＥＣ ４ ］ 菖 Ｉ ｅｎｔ ｏ ．. にー 心ヒコ Ｕ. Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ. Ｃｕｒｒｅｎｔ. . . Ｆｉｇ． ７ ｉ ｉａｌａｎｄ ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｎ ＥＣＭ ｒｅｃｏｒｄ． ｔ ． ｌｎ. れる 初期 電 流 （ ｉ ｉ ｌｃｕｒ ） とこれ に続 いて 時間 ととも に指 数函 数 的 に減 衰 して いく 吸収電 流 と呼 ばれる ｔ ｎｉ ａ ｒｅｎｔ 電 流 が観測 さ れる． こ の電 流 は長 時間 の あ とに は１＝工 ｉｏｎａｒｙ ｔａｔ ｓ ｏ の値 の 一 定電 流 となり， そ れ を定常 電 流（ ）という． 直 流高圧 電 源 につ いて は， 氷 床コ ア で１，２５０Ｖ， 湖 氷 で９０ＯＶ， 海 氷 で１２Ｖ 程 度 の電 源 を ｒｅｎｔ ｃｕｒ 使用 して いる． 氷 の測 定 面 は経 時変化 （ ｉ ｆ ） を受 け， ＥＣ レベルが低下するので， 氷の新しい測定 ｔ ａｇ ｎｇｅｆ ｅｃ. 面を出して，経時変化による ＥＣ レベルの変化やその機構，電極を走査する速度によってＥＣ レベルの振る舞 い の変化 が ないよう に考 慮 しな けれ ばな ら ない． ５． ＥＣ レベルの経時変化. ＥＣＭ 測定を行う前に， 海氷の新しい測定面を出してからＥＣ レベ ル が変化 する 経 時 変化 を調 べた． Ｆｉｇ．８ ｏＣに保ち 新 しい測定 面 を作成 し ６ に経時変化による ＥＣ レベ ル の変化 を示 す． 低 温室 内 で海氷コ ア を－１３ ， ， 分 後， １１ 分， ２３ 分， ５３ 分， １ 時 間５３ 分， そ して １４ 時間 が経過 した 後 に ＥＣ レベルをそれぞれ測定し それ ，. から更に約５時間後に再度測定を行った． 測定開始から約５ ３分後までは， ＥＣ レベルの再現性もよく， レベ ルの大 きさ も ほ と ん ど変化 が 見 られな か っ た．１４ 時間 を過 ぎる と， レベル の大 きさ が初 めの ６０％ 程度 に減 少 した が， 再 現性 は見 られた． そ の後約 ２０ 時間た っ て も レベ ルの大 きさ， 再 現性 とも 変化 は見 ら れな か っ た．. ） （ ５３.
(7) . 戸山 陽子・西尾 文彦. ５４. ３７ ９／８ １７ ：. ‐ Ｆ. ０. ０. １７ ４３ ：. ４８ １７ ：. ０. ０. １８ ００ ：. ｒ デ 〆 ｉ ド 〆暮 ３０. り. ５ Ｊ２ ｔ ５．. も ］２ ５. “. － ‐. ｏ ｃ語』 馨 僻. ０. ６－ｒ ｌ ｎｉｎ. １ ５ ０. ３ ５ Ｏ. ３０ １８ ：. ０. 三２ ５．. １１－ｍｉｎ. ３ ０」. ３ ０．. ３０ －. １. ３ ５. Ｊ２ １ ５． ・. ． ・ ｏ ｌｓｏ Ｓｏ ｌｏ Ｃ ｔ （〆Ａ） ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ. ３ ５. ｏ ｃ群 ｔＪ鶏 ．（. １９ ３ｏ ：. Ｓ Ｉ Ｏ. ２７ ９／９８ ：. ０. ３５ ０. ２３‐ ‐ｍ ｍｉｎ. － ‐ ０ ５ ０ １０ ０ １５ Ｃ ｔ （”Ａ） ｒ ｅ ｎ ｕ ｒ ２０ ９／９１３：. ず 曇ず ＃ 喜ず ソ. リ２ ５， ３ ０「 ３ ５ Ｏ. ５３－ ５３ ｍｉｎ －ｍ. ▲ Ｓ ｏ ｌｏ ｏ １５０ Ｃ ｔ ｒ ｒ ｅ ｎ （”Ａ） ｕ. 禦壷 ｌ ｈ５３ｍｍ …総帥 “. Ｓ ３ Ｏ. ＊. リ２ ５. ０. １ １４ｈ５０ ｉ ヒ ｍｎ. ３０ 」 ３ ５ Ｏ. ＊. Ｃ （はＡ） ｔ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ. ｏ Ｓ ｏ ｌｏ Ｃ ｔ （“Ａ） ｒ ｒ ｎ ｕ ｅ. １５ ０. ２ Ｓ. ‐ １９ｈ３３ｍｉ ｎ ３ ０に ３ ５ Ｏ. ▲ ▲ Ｓ ｏ ｌｏ ｏ Ｃ ｔ （”Ａ） ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ. ｉ ｆ ｆ Ｆｉｇ． ８ ４ｃｕｒｒｅｎｔｓａｒｅｐｌｏｔ ｔｅｄｆ ｏｒｄ ｅｒｅｎｔｔｉ．ｎｅｓａｆｔｅｒｒｅｍｏｖｅｄｓｕｒｆａｃｅｌａｙｅｒ。ｆｓｅａ ‐ ＥＣハ ｏＣ ｉｃｅ ｃｏｒｅ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｔ －１ ３ ．. 一般に海氷は多結晶構造と短冊状の結晶構造で構成されており， ここでいう再現性とは， この多結晶氷で 高 い レベ ル が 見 ら れ，短冊状 氷 になる と ＥＣ レベ ルが低く なる 現象 が 見 ら れる という こと である．経 時 変化 に ｏＣの 条 件 よる ＥＣ レベ ル の低 下 は， 多 結 晶氷 において 顕 著 に見 ら れた． 短冊状氷 に関 して は， コ ア の温度 －１３ において， １２Ｖ の直 流電 源 で は ＥＣ レベ ルの シグナ ル を抽 出 する こ とが出 来 な かっ た． よ っ て， 時間 経過 に. 関係なく ＥＣ レベ ルの 変化 はほ とん ど見 ら れなか っ た． ６． 海氷コアの現場測定 （北海道サロマ湖） １９９６ 年，１９９７年，１９９８ 年の２月 中旬 に北 海 道東 部 に位置 する サロマ 湖 にて ＥＣＭ を用 いて 海 氷 の ＥＣ レベ ル の測 定 を 行 っ た． Ｆｉｇ ‐９ａ ， ｂ に示 すよう に サロ マ湖 での海 氷 の ＥＣ レベ ル と塩分濃 度の 関係 は， 海 氷コ ア 温度 の違 い によ っ て， 二 つ に分類 できた． Ｆｉｇ ．９－ａ のよう に ＥＣ レベルと塩分濃度がほぼ比例関係をもつ場 合 と，Ｆｉ ｇ ‐９‐ｂ のよう に ＥＣ レベ ル と塩分 濃度 に比例 関係 をもた ない で， む しろ ＥＣ レベルは結晶構造に依存. し， 多結晶氷ではＥＣ レベルが高く， 短冊状氷で低いＥＣ レ ベ ル が み ら れ る も の で あ る． Ｆｉｇ‐９－ａ はコ ア の 温 ｏ 度 が－２０Ｃの 時に測定 した もの で， Ｆｉｇ ‐９‐ｂ はコ ア の 温度 が －８ Ｃの 時 に測 定 した も の である．ＥＣ レベ ル と. 塩分量の関係は， 測定温度に依存性が見られる． したがって， この温度依存性によりＥＣＭ 値と塩分濃度の検 定曲線の作成を試み， ＥＣ レベルから海氷の塩分濃度を測定する手法の開発を考察した．. （ ） ５４.
(8) . 固体直流電気伝導度による海氷の結晶構造の異方性. ５５. ７． ＥＣ レベルの温度依存性と塩分濃度の検定曲線. サロマ 湖 に お ける 海 氷コ ア の ＥＣＭ 測 定 結果 か ら， 温度 の違 い によ る ＥＣＭ の 振 る 舞 い を低 温室 に お いて 実験 した． 使用 した 海氷コ ア は，１９９８ 年２月 サロマ湖 で採取 した 海氷コ ア を用 いた． Ｆｉ ｇ ．１０ に示すよう にコ ア長 ４１ｃｍ で多 結 晶氷 と短冊 状 氷 が 交 互 に ある 海 氷 構 造 を も つ． こ のコ ア を－３‐１℃ か ら－５５．ザＣま で 温度. ｏＣ以下の場合はドライ アイスを入れた発砲スチ を下げていった． 温度変化は低温恒温漕を用い， 測定は－４０ ロールの箱の中で行い， コアの中心にドリルであげた穴の中で測定した温度が， 目的の温度に到達してから 約 ６０ 分 後 に ＥＣＭ 測定 を行 っ た． この測 定 の 時 に用 いた 電 極 は， 約 幅３．５ｃｍ の 電極 で， 手 動 で電極 をコ ア の 表面 に 沿 っ て走 査 した． 測 定 直 前 には鞄 でコ アの 表面 を 削り， 新 しい面 を出 して す ぐに測 定 を行 っ た．Ｆｉ ｇ ． ｏＣ以 上 の １１は低温室で行ったＥＣ レベ ル の 温度 の違 い によ る 振る 舞 い を示 して いる． 海氷コ ア の 温度 が－１５. ． 一方， 温度が－１庁Ｃ以下になると多結晶氷の部分で高い. 時 には ＥＣ レベルは塩分量とほぼ比例関係を示す. ＥＣ レベ ル を維持 して いる が， 短冊 状 氷 の部 分 に なる と低 い ＥＣ レベル になる こ とが顕 著 に見 られる －２庁Ｃ ．. 以下になると９Ｖ の直流電源ではコアの下部の短冊状氷の部分ではほとんどＥＣ レベ ル は見 られなく な り， 多結晶氷の部分にわずかなＥＣ レベルを検知できる． 海 氷コ ア の 温度 の 違 いによる ＥＣ レベ ルの代 表 的な プ ロ フ ァイ ル を並 べて 比 較 した も の が Ｆｉｇ ‐１２ である． ｏ コ ア の 温度 が－ ３℃ の 時 と－１４Ｃの 時 に ＥＣ レベルを測定した －３℃の時の測定には塩分量とほぼ比例関 ．. 係が見られる． コアの温度が－１ずＣの時の測定では多結晶氷の部分でＥＣ レベルが高く， 短冊状氷の部分で ＥＣ レベ ル が低く な っ て いる の が Ｆｉ ｇ ．１２ で顕著 に見 られる． このよう に， ＥＣＭ 法 による 海氷 の 結晶 構造 の. 異方性が温度に依存して出現することが低温室での実験により確かめることができた． 次 に， こ の 海氷 の ＥＣ レベルの温度依存性から， 塩分濃度との検定曲線の作成を試みた Ｆ ３に温度の ｇ ．１ ． ｉ 違 い によ る 検定 曲線 を示 す．こ の検定 曲線の 作成 に当た っ て は，一 つ の ブロ ッ ク か ら ＥＣＭ 測定用と塩分濃度. 測定用の試料をそれぞれ切り出して作成した． また， 塩分濃度はｌｃｍ 毎にコアを切断し測定したが， ＥＣ レ ベ ル の値 と良 い対 応 を行 なう に は， ＥＣ レベル値を塩分濃度を測定したｌｃｍ 毎の値と対応させなければなら ない． Ｆｉ ｇ ．１４－１に示 す よう に， ｌｃｍ 毎 に ＥＣ レベル値を平均した値と塩分濃度の値との対応により検定曲. 線を作成した．しかし，塩分濃度の測定試料とＥＣ レベル値の平均化との対応のずれが検定曲線のバラツキに ｏＣ以上 の 時 に海氷 表 面 に存 現わ れて いる と考 えら れる． また， 他のバ ラ ツキ の 原 因 に， コ ア の 温度 が約 －１ｏ 在 する 疑似 液 体海 水層 が考 えら れる． コ ア の表 面 に電極 を置く と， Ｆｉｇ ．１４‐２ に示 すよう に， ＥＣＭ は海 氷 と 海 水の 二 つ の電 気伝 導度 を測 定 する こ とに なり， 検定 曲線 に バ ラ ツキ が みら れる 要 因の 一 つ と推測さ れる ．. 一方，－１庁Ｃ以下では， 疑似液体海水層がなくなるのでＥＣＭ は海氷の電気伝導度のみを測定することにな り， 検定曲線のバラツキは少なくなる． 海水と電気伝導度の式より， この検定曲線は二次曲線になることが 予想 さ れる．. ８． 活性化エネルギーの計算 ＥＣＭ 法によって海氷の結晶構造異方性を知るために， 海氷の結晶構造（多結晶氷， 短冊状氷）の違いによ る活性化エネルギーを求め， 海氷の直流電気伝導度がどの様な伝導機構の違いによる振る舞いを示すのかを 検討した． 氷の固体直流伝導による活性化エネルギーＥ は， 試料氷に温度変化を与えて， ある温度のときの伝導度 ぴ と絶対温度 Ｔ との関係式 （ ） ５ ５.
(9) . . 戸山 陽子・西尾 文彦. ５６. ー ・ ・ ド錠 ‘・ 群！望 も 種【 １ ， ＝ 鰐 鴨 盤 鮭 ． 岡 ． 揺！ ．. ゴ. ノ ‘. 。‐. 一三. ・. Ｉ Ｄ一 ・ ｆ －. １ コ. だ 。 さ 一 （. １ ロ. ，．. . ‐ ‐ － て ｉ Ｄ～ ；. . ≧ ；. ） －－ － － ー ＝・ ． ～ ！ ２℃ ℃… … ２ ‐. . ｔ ｒ ｒ ｅｎ （ Ｃｕ ‘Ａ） ，. Ｓａ ｌ ｉ ｉ ｔ （ ｔ ｎ ） ｙ ｐｐ. ０ ゴ １ １ ） １ ゴー １ ； 耳 Ｏ ＥＣ（ｍｓ Ｓａ ｉｎ ｌ ｉ呼（ ／ ｃｍ）. Ｆｉｇ． ９－ａ ‐ ＥＣ Ｍ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｔ ０Ｃ ｓａｌ ｉ ｌ －２ ｉ ｔｙｐｒｏｆ ｅａｎｄ ｖｅｒｔｉ‐ ， ｉｎ ｈｉ ｃａｌｔ ｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆｓｅａ ｉｃｅ．. . ＝「. 一. Ｆ. 脚閉じ . なに ○ごａ①▽① 」 ＯＱ. ＾ Ｅｏ三五巻 きｏｏ. ｒ ー ÷ ． 」 ÷ － ー ｒ. ｌ ｉ １０ ｌ ｉｎｉ Ｆｉｇ． ｎｓｅｃ‐ ｔｙｐｒｏｆ ｅａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌｔｈｉ ． Ｓａ ｉｏｎｏｆｓｅａｌｃｅ‐ ｔ. ム 一 ・ ． 下メ ヱー ー′. ５・. － ’÷ ｒ ｌ. . ｏ－. 国 １ １ ０ １ １１ ロ Ｚ Ｏ Ｏ 覗川 １ ｔ （“ Ａ） Ｃｕ ｒ ｒ ｅｎ Ｆｉｇ．９ーｂ． ＥＣ Ｍ. ｉ Ｓｍｉ （ ｔ ） ｔ ｎ ＰＰ ｙ. 」園. ｈ ｄ ′ Ｑｎ ｔ 紡げ ） ｏ ｍ （ ｕ ｃ ｍ. １園. 壱３ ｏ．. ｂ園 …ｂ ｈ ｄ ｉ 続 ／ Ｑ ） ｔ ｔ （ ） ｕ ｃ ｍ ｏ ｍ ｎ ｙ. 』 一. 団 園. 号 ｌ Ｌ 室 量 巴. も。・. 圏 圏 ｄ ｈ ／ ） 窃ｎ ｔ 縞 ｔ （ ｏ ｍ ｕ ｃ ｍ ｙ. １１ 罰孤 国初 醐 ０ １ １１ 四１ 罰孤 初 １ 刃‘ １ （Ｆ ｌ ） Ｃ 服 Ｌ 町 ｎ ） ｑ ｍご Ｃ ｍ （”Ａ にＡ 【 １ ｕ ｒ Ｃ ｃ ｔ ｃ ｎ. …， ，. 園 園. 圃. １ ． ・ ，」戸. ｉ. …. ぞ. も。・. ｈｙｍ ｄ のｎ ｔ ｉｔ （ ） ｍ ｕ ｃ ｙ. ５ ⑤１. ｆ ｉ. ‐，. ｄ ｉｔ ｈ ′ Ｑ ） （ ） ｔ ｍ ｏ ｍ ｎ ｕ ｃ ｙ. ｒ 〆. ５１ 言１. ｉ Ｅ司. 三２ ５Ｌ. きル ：. も。・. も冒 ， ‐三 さ ｒ ，『. 圭 一囲 １. ｓｒ 官ｌ. 鷺. 』‘. 団 一 〉 園. ）. ぎ. ； ５事 で， Ｉ. ３ ５ト. ぎ. 三 ≧ ，. 葺き ，戸 も。. う. ′. ＥＣＭ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｅａ－ ｌｅ １２ ｉｎｉ Ｆｉｇ‐ ｔｙ ｐｒｏｆｉ ， ， Ｓａｌ ｏＣ ａｎｄｖｅｒ ０ ｉ ４ ｔ ‐ ｓｕｒｅｄ ａｔ －３ Ｃ ａｎｄ －１ ， ｈｉｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆｓｅａ ｉｃｅ． ｃａｌｔ. ａｔ. ｏＣ ｓａ ｉ ｌ ｉｎ ｉ －８ ｔｙｐｒｏｆ ｅａｎｄ ｖｅｒｔｉ‐ ， ｌ ｉ ｆ ｌｔ ｈ ｉ ｔ ａ ｉｃｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｅ ｏ ｃａ ｎ ｓｅ －. ぎ 署. 」』 ≦ 三 コ 一 Ｌ Ｊ 〆. Ｓ縄 ｉ ｉ ｔ （ ｔ ） ｎ ｙ ｐ ｐ. ｍｅａｓｕｒｅｄ. Ｃｕｒｒｅｎｔ. 「. . . Ｉ Ｆ ｒ き. 董も 図. 園 園. ｉｔ ｈ ／ ｄ Ｑ ） ｔ （ ） ｎ ｌ ｏ ｍ ｎ ｕ ｃ ｙ. ｄ ｈ ｏ ノ Ｑ ） ｔ ｉ ” ｔ ） ｛ ｌ ｎ ｕ ｃ ｍ ｎ ｙ. ｈ ′ α ） ｄ ｉけ ） （ ｔ ｏ ｍ ｎ ｕ ｃ ｍ. ２ ５ト 琵. ５１ 言１. 重 量. ［ も。［. 園 園 ｄ ｈ ／ Ｑ ） ｔ ｉり （ ｍ ） ｎ ｕ ｃ ｍ ｏ ′. ｉ ｆ ｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ‐ Ｆｉｇ‐ １１ ｔｅｄｆｏｒｄ ． ＥＣＭ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ａｒｅ ｐｌｏｔ. （ ） ５ ６. ‐. ｉ戸／ ， ｒ …. 園 園. ｈ ｄ 紡げ ／ ） Ｑ ） ｔ （ ｃ ｍ ｏ ｍ ｎ ｕ.
(10) . ５７. 固体直流電気伝導度による海氷の結晶構造の異方性. ７. ７. ６・ （. ６， 、. ・. ７ ． ．. ・ ・ し′′′ ′ ● ／・ ０ ‘”′ ｙ細叙３. ，. ７. も・ （. ・. ６．. ，. ん を ‐ ≦ 著 が 鰯 量 搾 ー 搾 警 〆 罷‘ ，. ’. ０. ．. １. １. ・ ． 一ｒ ′′ シ′′. お〆 キ 露２ｒ ◆. ／ キ ソ 茎 メ １３. ．. ，. シノ ，′. ・. ， ．. ‐ る. ＊. ｏ. １ ０ ２ ０ ３ ０ ４ ０ 仇殴 ｔ （回 ｎ. ７. ，. ６. ，. . ｙ ・ シ′ 住５－ Ｌ／. ね. . １‐ ０. ０. ‐. ・. ３. ．. 国. ．. ０. ０. ・. １ ０ もョ良 Ａ ）. １ ５. ．. ，. 回. ０. ０. ・ ，. ３ ３ ；５馬券 ｙ. ０. ２ ふ 蜘 ．. ・. 覆塾. 書 舵 １蒼 盗 盗. ニ. 蟹影ぁ，. 国. ．. . . . ，. ． 露２・ ・ ．. Ｏ Ｏ １ ５ 毛』， ｔ ｛一. キ 警メ ４ メド 富. ０ ０ ０ ５ １ ０ １ ５ ２ Ｏ ， ， ， ， ， Ｃ鵬ｎ ｔ ｝ （ “Ａ. ６ （. . . . ／ ・ ぎ３．￥ 進 ぞ ４ ５ ０ ． ｙ. ｏ. ７. ７. ６－. 国 回 “. ７. ０. も ｄ. 冴 ぞ ２ ０ ５ ＝ ｙ ， 研 ，. ・ －. 〆. ，. ”. ０. ２ Ｏ ｛. 且５． 轡． 〆“ぢ ′ ◆ ９ １ ｏ ２ ７ ・ ． ３ ′ 繍卿 ぎ ７ ４ 〆， 戸 Ｘ ｘ ｙ郷 １ ｉ２ ・ ｒ 図 囲 回 め１，. 露２ｒ. 国 回. －‐. ‐. ６．. ・ ・. 灯. Ｏ ０ １ ７ ‐ ６ ７ ：２ × ｙ ． ，. ‐. Ｏ Ｏ ５ Ｏ一２ １ ５ Ａ ）. ３ ０. Ｊ γ′. １・. ７. ６・ （. ， ・. ， 乱５－ ・. １. ０. １ ０ ０ ２ ０ ０ Ｃ Ａ ） ｔ ｛ 閉鎖 払. 霞２，. 回. 十. ７. ６・ （. 〉. ０. ２ ０. ７‐. ０. １. ０. ５ ０ ０ ５ ０一般 １ ｃ Ａ ｝. ０. 回. ′ ′′. ′ ・ 〆 ｒ. 盗 盗. 『. １・. 十. ａ５，. ０. ０. １. ０. １. ”. ‘. ０ ０ １ Ａ ） （ Ｃ臓ー 弘. １. Ｆｉｇ． １３ ｉｎ ｉ ｆ ｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｏｆｓｅａ ｉｃｅ． ４Ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｔ ｄｉ ｔｙ ａｒｅ ｐｌ ｔｅｄｆｏｒＥＣＤ ｏｔ ． Ｓａｌ. ０. Ｓｅａｌ ｃｅ－ＥＣＭ. ー ｉ ｉ Ｓｅａｌ ｔ ｎ ｃｅ－Ｓａ. 画面面河 －. ５‐. こ. ’ ー. 言１Ｏ ‐ ‐. き１５ －. ′. Ｃｏ「 「ｅｓ ｏｎｄｅｎｔ. ２０ ‐. ２ ５‐. 回. ３０. ０. ２００ ４００ ６００ ８００ Ｃｕｒ ｒ ｅｎｔ（仏Ａ）. ０. ２. ４. ６. ８. ｌ ｉ Ｓａ ｉ ｔ ｎ ｙ（ＰＰＴ）. Ｆｉｇ． １４－１ ｉｎｉ ｉ ｌ ｔｙｐｒｏｆ ｔｈ ｒｅｓｐｅｃｔｔｏ ｅ Ｗｉ ． ＥＣＭ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄＳａ１ ｌ ｉ ｉ ｆ ｓａｍｐ ｎｇ ｏ ｓｅａ ｃｅ ｃｏｒｅ．. ） （ ５７.
(11) . 戸山 陽子・西尾 文彦. ５８. Ｌ ｉ ｄ－五ｋｅｌ ａｙｅｒ ｑｕｉ. ｏ Ｔ ＜ ‐１５ Ｃ. ｏ Ｔ ＞ ‐１５ Ｃ. ｌ ｉｋｅｌａｙｅｒｏｎｓｅａ・ｃｅ ｉｑｕｉｄ‐ Ｆｉｇ． １４－２ ‐ ＥＣＭ ｃｕｒｒｅｎｔｓａｎｄｌ ０： ） ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｂｏｖｅ －１５（ ‐. ｅｘｐ（一Ｅ／ＲＴ） ぴ（Ｔ）＝ぴｏ. （ ） １. １ ）式の対 か ら， その 傾 き と して 求 める ことが 出来る． た だ し， ６ ｂ はある基準になる温度での伝導度である．（ 数をとると （ ２）. １ｎぴ／％ ニ ーＥ／ＲＴ. となり， Ｅ はｌ ｎ. ｏ ｂ を Ｙ 軸 に１／Ｔ を Ｘ 軸 にと っ た とき の傾き －Ｅ／Ｒ と して 表わ す こ と ができ， （３）. ａ ＝ － Ｅ／Ｒ. １・ｋ－ なの で － ｌ とａ に置き 換 える． Ｒ は気体定 数 で８‐３１４５Ｊ・ｍｏ ， （４）. Ｅ ＝ －ａ・ Ｒ. （ ４ ）式 に傾き を代入 する こ とによ り Ｅ を求 める こ と が でき る． た だ し， この 時 の単位 は ｋＪ／ｍｏｌである． 活性 ｌよ り， 化 エネ ル ギー を ｅＶ で求 める とき， ｌｅＶ は９６‐４８７７ｋＪ／ｍｏ （ ５）. Ｅ＝ －ａ・ Ｒ／９６‐４８７７. と して 求 める こ と が できる． 氷 にお ける 活 性化エ ネ ル ギーの定義 は， 水分 子 の水素 結合 を越 えて プ ロ ト ンが. 移動するためのポテンシャル・エネルギーの一種であり， 電気の流れ具合を表わす指標となる． ９． 埋め込み型電極による活性化エネルギーの測定 結晶構造の違う海氷に幅２ｃｍ の電極を試料氷に埋め込み， 温度を変化させて定常電流を測定した． この測 定方法を「埋め込み型電極ＥＣＭ 法」と名付けた． 今回， 行った低温室での測定法の妥当生を検証するために， ） の今ま でに得 られて いる 活 性化エ 市 販 氷 （ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉ ） の活 性化 エネ ル ギー を求 め， 純 氷 （ｐｕｒｅｉ ｃｅ ｃｅ ネ ル ギー を実測 値 と比較 する こ とか ら判 定 した．. 市販氷における電極の設置場所は， 結晶粒界を電極の間に交叉させて設置した． 温度変化の範囲は－１ずＣ か ら－３１‐アＣである． この とき の伝 導度 と絶 対 温度 の逆 数 を プロ ッ トした の が Ｆｉｇ ‐１５ である．. ｉ ５ ５ ）式を用いて活性化エネルギーを求めた．Ｆ この直線の傾きをａ ｇ ‐１ ， 電極の両端にかけた電圧をＶとし，（ の 傾き を求 めて， 市販 氷 の活 性化 エネ ル ギー を求 める と０‐６９ｅＶ とな っ た． この値 は純氷 にお ける 配 向欠 陥 による活 性化 エネ ル ギー の０．６８ｅｖ に近似した値である． 市販氷の活性化エネルギーを今回考察した埋め込 み型電極 ＥＣＭ 法 によ り 求める こ とが可能 である とみ な し，この測 定 法 によ っ て，海氷 の 活性化エ ネ ル ギー を 求 めた．. ） （ ５８.
(12) . 固体直流電気伝導度による海氷の結晶構造の異方性. Ｅ＼ ｏ Ｅ；” ゴ 仁 Ｏ Ｕ ｛ 仁 ；コＵ ロ. . －５. Ｔｅｍｐｅ ｒ ａｔ ｕ ｒ ｅ （℃） ‐１０ …１７ ‐ －２３. ‐ －３０. ５９. ‐ ー３５. . . ３ ６ ．. ７ ３ ．. ３ ８ ．. ３ ９ ．. ４ ０ ．. ４３. ４ ２ ．. ｆｄｃ Ｆｉ ｉ ｔｙｏｆｃｏｔル － Ｃｏｎｄｕｃｔ 室 ｇ・１５－ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏ ｖｉ ｉ ｌ ｉ ｍｅｒｃａ ｃｅ．. １ ０ ． 海氷の活性化エネルギー （ １ ） 電極の埋め込み方法 電極 を海氷 に埋 め込 む方法 は， Ｆｉｇ ．１６ の左 図 に示すよう に， 薄片 の結 晶構造 を見 て， 電 極 をハ ン ダゴ テ で 熱 しな が ら約 ｌｃｍ 埋 め込 んだ． 電 極 を埋め 込 ん だ場 所 は， Ｆｉｇ ．１６ の 右 図に示 すよう に多 結 晶氷 に１点， ２. 本の電極を短冊状氷の粒界に平行にして１点， 垂直にして１点の合計３点で測定を行った． 埋め込んだ海氷 は， 縦 １ｏｃｍ， 横１ｏｃｍ， 厚さ ５ｃｍ の 試 料の 表面 である．. 「ｌ ｘＹ 把ｃｏｒｄぼキ ｇｒａｎｕｌａｒ ｓｅａ ｌｃｅ. ｃｏｌｕｍｎａｒ ｓｅａ ＩＣｅ. ・ ・ ・ ・ ・ ・ ‐ ” ． ” ・ ・ ・ ・ ‐ ． ， ‐ ． ， ． ． ．. 美 義 騒擾 ｃｏｌｕｍｎａｒ ｓｅａ ｌｃｅ. Ｆｉｇ． １６ ｌａｔ ｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｉｎｔｈｅｓｅａｉ ｔａｌ ｉ ｌ ｉ ｔｅｃ ｃｅ ｒｃ ｅｓｉｎｄ ｃａｔｅｔｈｅ ． １ｎｓ ・ｖｖｈｉ ｌｏｃａｔ ｉｏｎ ｏ ｆｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｉｎ ｔｈｅ ｓｅａ ｉｃｅ ｃｒｙｓｔａｌ ．. ） （ ５９.
(13) . . 戸山 陽子・西尾 文彦. ６ ０. ） 海氷の結晶構造の違いによる活性化エネルギー （ ２ 埋め込み型電極ＥＣＭ 法により測定した海氷の結晶構造の違いによる伝導度と絶対温度の逆数の グラフを ｏ ｏ Ｆｉ ｇ ‐１７ に示 した． 温度 変化 の範 囲 は－２ Ｃか ら－７０Ｃである． Ｆｉ ｇ ．５ で述 べた 海 氷 と ブライ ンの温度 依 存性 に基 づいて 現わ れる ２ つ ．１７の グラ フの 全て に共通 して， Ｆｉｇ. の析出点と共融点が顕著に現われている． 一般にブライ ンは結晶粒界に多く存在しているため， 同じ塩分濃 度のときには網目状の結晶構造をもつ多結晶氷で伝導度のレベルは高く， 短冊状氷の粒界に平行， 垂直の順 でレベルが低くなる． ここで， 短冊状氷に比べて多結晶氷の伝導度が一桁ほど高いのは， 多結晶氷の部分の ほうが塩分量が多いためである． また，－５ずＣ以下の温度条件では， 今回用いた測定機器において測定が不可 能 であ っ た た め， 活 性化 エネ ル ギー の値 を求 める こ と はでき なか っ た． 埋 め込 み型 ＥＣＭ 法 に よ り 求 め ら れた 海氷 の活 性化エ ネ ル ギー を Ｔａｂｌ ｅ ．１にま とめた．. ） ｌ （ ２‐１ ） 多 結晶 氷 （ｇｒ ａｎｕ ａｒｃｒｙｓｔａｌ. 海氷の結晶構造の異方性を，ＥＣＭ 法によって測定した活性化エネルギーという観点から検討してみる．多. ‐５ １. ‐８１ １. 溺. ‐. 言. が. ４６ ‐ …. ６５ ‐ ・. ８１ ‐. Ｉ. 》 蓄，『. ＼ ＼. ５ － 暮１ ０. ‐５. Ｏ に 且・ｏ４ ｝. 、 ＼. ６５ ‐ ・. ＬＩ －. 嘱. ▲. ＼ ー. を ＼. ＼ ＼. び ｉｏＪ. ７ ‐ １０. ‐ ７ １０. １が. ８ － ｌｏ. 、 、. ４６ ‐ ．. ；～ ぎ ～ －. 礼. ６ １び. ８ － ｌｏ. ２３ ‐ ’. Ｉ － １０. － そが 礼～ 覇. ＼ ＼. ５ ” き ｉｏ. 喜. 官１が. 亀. ー. ２３ ‐ ‘. Ｉ ‐ １０. ；義． 喝 ３ ｛ ” ÷≧ Ｉｏ. Ｔｅｍｐｅ ｔｕ （℃） ａ ｒ ｅ ｒ. （℃） Ｔｅｍｐｅ ｔｕ ｒ ｅ ｒ ａ. Ｔｅｍｐｅ ｔｕ ｒ ｅ（℃） ｒ ａ ‐４６ ‐６５ キ ；. ２３ ‐ ◆. ６ ‐ ８１０. ＼ ＼. ～ ＼ 窮. ｌ ｌ ー Ｇｒ Ｉ ヒ ｃ～Ｓ ｌ ａ 「 ａ ｒＣ ｓ ａｎｕ ９ ‐ Ｉｏ. ９ － ｌｏ ３ ６ ．. ８ ５ ２ ４ ０ ４ ４ ４ ‐ ‐ ． ． １／Ｔ×１０８０Ｋ） Ｔｅｍｐｅ ｔｕ （ ｒ ｅ ｒ ａ. － ｌ ｌ － － ｌ Ｃｏ ‐ ｔ ａ ｒ ａ ｅ ｕｍｌ ｌ ａ ｒＣ １ ｐａ ｙｓ. ２ ４ ４ ４ ８ ５ ３ ６ ４ ０ ‐ ． ‐ ‐ ‐ １月÷×１０３ｏＫ Ｔｅｍｐｅ ｔｕ ） ｒ ａ ｒ ｅ（. － ｉ ｌ ｉ ｌ Ｃｏ ｔ － ｃａ ｖ ｒＣ １ ａ Ｙｅｎ ｕｍｎａ ｙｓ １ぴ９ ２ ４ ４ ４ ８ ５ ４ ０ ３ ６ ． ‐ ‐ ‐ ‐ Ｔｅｍｐｅだ １′Ｔ×１０３０Ｋ） ｔｕ １ ｅ （ ｒ. ｉＶｉ Ｆｉｇ． １７ ｔｙ ｏｆｓｅａＩＣｅ． ‐ Ｃｏｎｄｕｃｔ ． ＴｅｍＰｅｒａｔｕｒｅ ｄｅＰｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆｄｃ. ｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆｓｅａ ｉｃｅ，ｓｅａ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｐｕｒｅｌｃｅ． ｉｖａｔ Ｔａｂｌ ｅｌ ‐ Ａｃｔ ａ‐ Ｓｅａ ｉｃｅ ｇｒａｎｕｌａｒ ｃｒｙｓｔａｌ. ｌ ｌ ｔａｌ ｃｏｌｕｎｎｎａｒ ｃ ｒｙｓ ‐ｐａｒａｌ ｅ. ｉｃａｌ ‐ｖｅｒｔ ｃｏｌｕｍｎｕｒ ｃｒｙｓｔａｌ. ｏＣ Ｔ＞ －２３. ０ ３５＾）０ ５２ ． ‐. ０ ５６ ．. ０ ４６＾）０ ５１ ． ．. ｏＣ －５ずＣ＜Ｔ＜ －２３. ０ ６４＾）０ ７２ ． ．. ０ ８１ ．. ０ ８２ ．. ｏＣ Ｔ＜ －５４. ｎｏ. ｎｏ. ｎｏ. ４０％. １６ｅＶ ０ ．. ｏｒ ｉ ｉｏｎａｌｄｅｆｅｃｔ ｅｎｔａｔ. ６８ｅＶ ０ ．. １０％. ０ ２１ｅＶ ．. ｌｏｎｉ ｃ ｄｅｆｅｃｔ. １３ｅＶ ０ ９６±０ ． ．. ｂ ．Ｓｅａ ｗａｔｅｒ. （ ６０ ）.
(14) . 固体直流電気伝導度による海氷の結晶構造の異方性. ６１. ｏＣ以 上 の０ ３５ｅｖ と いう 数 値 は海 水 の １０％ の 時 の 活 性 化 エ ネ ル ギー０ ２１ ｖ と 近 似 した 値 結 晶 氷 で は－２３ ｏ ‐ ‐ ｅ. ｏＣ以上の海氷の電気伝導度の機構は網目上構造の結晶粒界中に存在するブ をとっている．このことから，－２３ ライ ンが大 き な役割 をもっ と解釈 できる． ｏＣ～ －５４ ｏＣの 温度 範 囲 で は ブライ ンが析 出さ れて いるた め伝 導度 は低 下 し ま だ析 出さ れて い ない －２３ ， ，. 結晶粒界に存在するブライ ンに依存してくる． －５ずＣ以 下 に なる と， 海 氷 中 の ブライ ンは全て 析 出さ れ固 体 塩 と なるた め ＥＣＭ 法 による 電 気 伝 導度 は純 ｏＣ以 下 に なる と１２Ｖ の 電源 では シ グナル を抽 出 氷 の 時 に近 い振る 舞 い をする よう に な っ てく る． また，－５０ する こ とが不 可能 に なるた め，５ ｋｖ まで出力可能の電源装置にかえたところ，伝導度が２桁以上も極端に小 さ く な っ た． この 現象 の理 由 と して， ＥＣＭ の測定 回路 に お けるイ ン ピー ダ ンス の 問 題 を考 慮 する 必 要 が あ る．. ｌ ） （ ２‐２ ） 短冊状 氷 （平 行） （ ｌ ‐ｐａｒａ＝ｅ ｃｏ ｕｍｎａｒｃｒｙｓｔａｌ. 結晶構造が短冊状氷の部分に２本の電極を粒界に平行においた場合の活性化エネルギーの解釈を次のよう に考察した． 電極を結晶粒界に平行に設置することは， ブライ ンの配置に平行になるので， 伝導度は良くな る． ただし， 網目上の多結晶に存在するブライ ン配置の上に設置した場合と比較すると伝導度は小さくなり， ｏＣ以 下 では多 結 晶の 時 と同様 純 氷 の値 と類似 した 値 を示 して いる と考 活 性化 エネ ル ギー は大 きく なる．－５０ ， え ら れる． （ ２‐３ ） 短冊状 氷 （垂 直） （ ｉｃａｌ ） ｌ ｔ －ｖｅｒ ｃｏ ｕｍｎａｒｃｒｙｓｔａｌ. 短冊状氷の部分にいくつかの粒界をまたいで２本の電極を置いたときは， 多結晶や短冊状氷 （平行） の時 とは少し異なる振る舞いを示す． 析出点， 共融点は顕著に現われているのが， 短冊状氷 （平行） の塩分量と ほ ぼ同 じ塩分量 をもつ部 分 である の に活性化 エネ ル ギー が大 きく 異 なる． この こ とか ら，ＥＣ レベルには海氷 構造 にお ける 結 晶 の異 方性 が現わ れて いる こと がう か が える． つ まり， 粒 界 が 伝 導度 の 障害 となり， 結果 と して活 性化 エネ ル ギー が高く な っ た と解 釈 できる．. １１ ． 結果とまとめ. 氷のＥＣＭ（固体直流電気伝導度測定法）の機構の振る舞いを， 市販氷と海氷において測定した． 手動によ る電極の走査から始まり，埋め込み型ＥＣＭ 法を用いて結晶構造別の活性化エネルギーを求め，より定量化し た解釈を行った． 市販氷においては埋め込み型ＥＣＭ 法を用いて純氷における配向欠陥の活性化エネルギー とほ ぼ近 い値 をもつ こ とが明 らか にな っ た． また， 海氷コ ア の温度 が－１庁Ｃ以 上 の条 件 の 時 に， 掘 削現場 に ｏＣ以上 の 条件 で は 海氷 の 表面 おいて 簡 便 に塩分量 を測定 する こ とが 可能 である こと が 明 らか にな っ た．－１５ ，. にその箇所の塩分量を含んだ疑似液体層ができ， ＥＣＭ は表面電流に影響を受けると解釈できる． 一方，－ １庁Ｃ以下の温度条件では， ＥＣＭ は結晶構造に強く依存することが明らかになった． ｏＣ以上の条件では電気伝導 活性化エネルギーにより電気伝導の機構を議論すると， 海氷コアの温度が－２３ の機 構 は ブラ イ ンを介する もの と考 えら れる． また， 海氷コ ア の温度 が－５ずＣ以 下 の条 件 で は ブライ ン内の. 液体がすべて固体塩として析出さ れているため， 電気伝導の機構は純氷や市販氷の時と同じ振る舞いをする と考えられる．. （ ） ６１.
(15) . 戸山 陽子・西尾 文彦. ６２. １ ２ ．今 後 の 課 題 ｏＣを境 に ＥＣ レベル値が塩分濃度を表す場合と結晶構造を表す場合 とに分けられたが 海氷温度 が 約 －１５ ，. これは実験的に求められた結果であるため，今後，理論的にＥＣ レベル値が塩分濃度を表す温度と結晶構造を 表す温度との境界温度を考えていく必要がある．その境界温度以上の海氷コアにおいて，塩分量とＥＣ レベル の検定曲線を実験的に求め， ＥＣＭ 法を用いた海氷コアの塩分量測定装置を開発し完成させる予定である． また， 海氷の単結晶を人工的に成長させ， 埋め込み型電極法を用いて， 活性化エネルギーを求め， 海氷の 結晶構造の違いによる ＥＣＭ の振る舞いを明らかにする．海氷は構造が複雑で，今後さらに精度の高い実験を 必要とされる が，今回測定に用いた埋め込み型ＥＣＭ 法は，氷の結晶個々に対して固体電気伝導度を測定する ことが可能であるため， 氷の結晶構造別における電気伝導度の機構を議論することが可能であると考えられ る．. 辞. １３． 謝. この研究は， 宇宙開発事業団との共同研究「ＡＭＳＲによるオホーツク海の海氷密度アルゴリズム開発」の 一 部 と して実 施さ れま した． ここ に深く お礼 を申 し上 げま す．. 参 考 文 献 藤 野和夫 （ １９６７ ）：海氷の誘電的性質 に関する 研究， 低温科学， 物理編， １２７一１６８． ＩＳｅｒｉｅｓ，Ｓｅｒｉｅｓ Ｂ：Ｐｈｙｓｉｃｓ １９８６ ｉ ｔ Ｔｈｅ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓｏｆｓｅａｌ ） ｅｄｂｙ Ｎ． Ｕｎｔｅｒｓｔｅｉｎｅｒ ｃｅ（ ：ｅｄ ． ． Ｖｏｌ ．１４６ ，１１９６ ， ＮＡＴＯ ＡＳ ｉｎｇ ｉｏｎｔｏａｂｓｏｌｕｔｅｄａｔ ｔｖｏｌ ｔｙ ｏｆｐｏｌａｒｉｃｅｃｏｒｅｉｎｒｅｌａｔ ｃａｎｉ ｓｍ，ａｎｄｒａｄｉｏｅｃｈｏｓ Ｈａｍｍｅｒ １９８０ ） ‐ ：Ａｃｉｄｉ ．Ｊ ．Ｇ１ａｃｉｏｌ ， ，ｐａｓ ．Ｕ．（ ，Ｃ ２５ ． ，３５９‐３７２ ， Ｎｏ．９３. １９８１ ）：氷の 科学， 北海道大学図書刊 行会， ７７‐１３２ 前野紀－ （ ． ｉｖｉ ｔｙ ｏｎ １９８５ Ｓ ｆ ｆ ，Ｃ． Ｕ． Ｈａｍｍｅｒ（ ｉ ） Ｎｅｆ ｌ ｓｏｆａ ｋ ｔｅ ： Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｎｄ ｏｆｄｃ‐ｃｏｎｄｕｃｔ ．Ｓｃｈｗａｎｄｅｒ ，Ｊ ， Ｂ‐ ｔａｕ ｅｒ ， Ａ． ， Ｍ‐Ａｎｄｒｅｅ ｃｏｒｅｓｆ ｒｏｍ Ｄｙｅ‐３． Ｇｅｏｐｈｙｓ． Ｍｏｎｏｇｒａｐｈ３３ ． ，ＡＧＵ，３２‐３８. １９９１ ）：火山活動から求めた グリ ー ンラ ン ドＳｉ ｔ Ｊコアの年代． 文部省科学研究費報 西尾文彦， 庄子仁， 成田英器， 亀田貴雄（ ｅ ‐. ７ ‐ １ ０ ６ 告 「氷コア解析による氷河・氷床の動力学的特性と環境変動に関する総合的研究」 ，９ ． ｉｖｉ ｔｙｏｎ工ｃｅＳａｍｐｌｅｓｆｏｒ ｆｅｒ（１９８３ ｏ ｈ ，Ｂ．Ｓｔａｕｆ Ｓｃｈｗａｎｄｅｒ ） ｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔＣｏｎｄｕｃｔ ｔｅｌ ： ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＤｉ ． ，Ｊ ， Ｈ‐ ｅｓｃ ｇｅｒ ，Ａ．Ｎｅｆ ｉｃａｔ ｉｏｎｓ ｃ． ｉｍａｔｏｌ ｏｇｉ ｃａＩ Ａｐｐ． ． ．８７ ．Ｐｈｙｓ ．Ｃｈｅｍ‐ ，４１５７Ｍ４１６０ ，Ｊ ， Ｖｏｌ. １編， 海氷， 海洋科学基礎講座４， 東海大学出版会， １４６‐１６０ １９７７ ）：海洋物理， Ｗ－第１ 田畑忠司 （ ．. ） （ ６２.
(16)
関連したドキュメント
Kyoto University Research Information Repository https://repository.kulib.kyoto-u.ac.jp... A Self-archived
4）線大地間 TNR が機器ケースにアースされている場合は、A に漏電遮断器を使用するか又は、C に TNR
それゆえ、この条件下では光学的性質はもっぱら媒質の誘電率で決まる。ここではこのよ
漏洩電流とＢ種接地 １）漏洩電流とはなにか
先に述べたように、このような実体の概念の 捉え方、および物体の持つ第一次性質、第二次
直流電圧に重畳した交流電圧では、交流電圧のみの実効値を測定する ACV-Ach ファンクショ
システムの許容範囲を超えた気海象 許容範囲内外の判定システム システムの不具合による自動運航の継続不可 システムの予備の搭載 船陸間通信の信頼性低下
図 21 のように 3 種類の立体異性体が存在する。まずジアステレオマー（幾何異 性体）である cis 体と trans 体があるが、上下の cis
