しもざらめ雪の形成に伴う積雪の安定同位体分別に関する研究

与下座良雪形成相关的降雪稳定同位素分馏研究

• 批准号: 12740267
• 负责人: 八久保 晶弘
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kitami Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12740267/
• 关键词: 積雪; しもざらめ雪; 安定同位体; 水蒸気輸送

積雪中に鉛直方向の温度勾配がかかるとしもざらめ雪が形成される。これに伴い、積雪中の酸素・水素の両安定同位体比プロファイルが変化する。これを定量的に明らかにすることを目的として、低温室内における以下の実験的研究が行なわれた。予備実験からは、温度勾配をかけた積雪試料の高温側はδ値が増加し、低温側では減少することが分かった。さらに、重力による対流の効果や、動的同位体効果による安定同位体分別の昇華速度依存性の存在などが示唆された。以上の成果をさらに様々な条件下(温度・温度勾配・積雪密度・雪質・粒径など)で行なうために、より精密な環境コントロールを行ない、安定同位体分別の温度・積雪密度依存性を明らかにすることが課題となった。そこで、新圧雪氷防災研究支所雪氷防災実験棟のしもざらめ雪生成装置を利用することにより、積雪サンプルの安定同位体変化を定量的に求め、積雪内水蒸気輸送の平均輸送距離とその温度・積雪密度依存性を明らかにすることを目的として室内実験を行なった。質量分析計による水素同位体サンプルの測定結果からは、温度勾配をかけた積雪試料の同位体プロファイルに有意な変化がみられ、波長6-8cm程度の波状分布が確認された。このことは、従来の文献で知られている積雪密度プロファイルの波状構造に対応すると予想されたが、今回の実験結果では確認できなかった。一方で、雪面の昇華蒸発実験が数日間かけて行なわれ、積雪表層の数cm深まで水素同位体プロファイルが変化し(最大で10‰以上)、変化量は深さ方向に指数関数的に減少した。また、より高温あるいは風のある環境下でその変化量は大きくなる傾向が見られた。本実験では積雪密度の異なる積雪試料の作成が困難だったため、残念ながら積雪内水蒸気輸送の積雪密度依存性については確認することができず、将来の研究課題として残された。

当在雪期间施加垂直温度梯度时，将形成粗大的雪。这改变了雪中氧气和氢的稳定同位素比率。为了阐明这一数字，在低晶室中进行了以下实验研究。初步实验表明，在降雪样品的高温侧的δ值增加了温度梯度，并且在低温侧降低。此外，已经提出，由于重力引起的对流的影响，并且由于动态同位素效应而导致的稳定同位素分馏的升华率依赖性。为了在各种条件下进一步执行上述结果（温度，温度梯度，雪密度，雪质，粒径等），挑战是实施更精确的环境控制并阐明稳定的同位素分馏对温度和雪密度的依赖性。因此，通过在新的雪压雪和冰灾害预防研究分支的雪和冰灾难预防实验建筑中使用Shimogarame降雪装置，进行了室内实验，目的是定量地获得雪样样品中稳定的同位素变化，并澄清蒸汽运输量及其对温度和雪地密度的平均运输距离的平均运输距离。使用质谱仪测量氢同位素样品的结果显示，经受温度梯度的雪样样品的同位素剖面发生了显着变化，并确认了大约6-8 cm的波样分布。预计这对应于传统文献中已知的雪密度谱的波浪结构，但无法证实这种实验结果。另一方面，在几天内进行了雪表面升华蒸发实验，并且氢同位素剖面变为雪表面深处的几厘米（最多10‰或更多），并且变化的量沿深度方向呈指数下降。此外，在温度较高或风的环境中，变化量的趋势更大。不幸的是，在这个实验中，很难准备具有不同雪密度的雪样样本，因此无法确认蒸汽运输在降雪范围内的依赖性，并且它仍然是未来的研究主题。

项目成果

八久保晶弘, 鎌田慈, 佐藤篤司, 橋本重将, 中尾正義: "しもざらめ雪の形成および雪面の昇華蒸発に伴う安定同位体組成の変化"「北海道の雪氷」(日本雪氷学会北海道支部機関誌). 20. 59-62 (2001)

Akihiro Yakubo、Megumi Kamata、Atsushi Sato、Shigemasa Hashimoto、Masayoshi Nakao：“霜雪的形成以及与雪表面升华和蒸发相关的稳定同位素组成的变化”“北海道的冰雪”（日本冰雪协会） ，北海道）分部杂志）。 20. 59-62（2001）。

Hachikubo,A.,S.Hashimoto,M.Nakawo and K.Nishimura: "Isotopic mass fractionation of snow due to depth hoar formation"Polar Meteorology and Glaciology. 14. 1-7 (2000)

Hachikubo，A.，S.Hashimoto，M.Nakawo 和 K.Nishimura：“由于深度白雪形成而导致的雪的同位素质量分馏”极地气象学和冰川学。

八久保晶弘,橋本重将・中尾正義,本山秀明,鈴木啓助,西村浩一: "霜結晶による積雪表層の安定同位体分別過程"日本雪氷学会誌「雪氷」. 62巻3号. 265-277 (2000)

Akihiro Yakubo、Shigemasa Hashimoto、Masayoshi Nakao、Hideaki Motoyama、Keisuke Suzuki、Koichi Nishimura：“霜晶体对雪表面层的稳定同位素分馏过程”日本冰雪学会杂志，第 62 卷，第 3 期。 265-277（2000）