天体の海洋突入に伴う衝撃波発生の地球科学的効果の解明

阐明天体进入海洋时产生的冲击波的地球科学效应

• 批准号: 17654099
• 负责人: 箕浦 幸治
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17654099/
• 关键词: 天体; 海洋; 衝撃波; 海底; 堆積構造; 隕石衝突; 水中衝撃波; 遠洋性堆積物; 堆積物液状化; 数値実験; CCD映像; 圧力波

地球に捕捉された天体は,70%の確率で海洋に突入する。天体規模が大きい場合には,K/T衝突で知られているように,運動エネルギーの瞬間的な消費に伴い海洋地殻が爆発的に破壊される。海洋に突入した天体は最大規模のエネルギーを有する水中衝撃波を発生し,その効果は海洋全域に伝播する。衝撃波は,音と似通った性状を有し,海底下の音響的不連続面(例えば,固結-非固結堆積層境界)でエネルギーを瞬間的に散逸する。もしこのエネルギー散逸が堆積粒子にまで波及する場合には,直上の堆積構造を攪乱する形で集積体に記録されるであろう。本年度は,申請者(研究代表者:箕浦幸治)自身が衝撃波実験を試み,更に水槽実験により堆積物粒子移動の堆積学的現象を明らかにした。この結果を踏まえて,申請者が衝撃波散逸過程を数値的に復元した。設備備品で導入したコンピューターを活用して粒子の運動特性を堆積学的に解析し,併せて購入した画像処理ソフトを活用して高速度CCD映像の解析を行った。深海底(泥質)堆積物を敷き詰めた水槽による衝撃波実験から得られた高速度CCD画像を解析した結果,水との密度差が小さい海底表層の泥質堆積物は衝撃波をほぼ完全に透過することが明らかとなった。また,泥質堆積物が物性の異なる堆積層と接していた場合には,物性不連続面において衝撃波の反射が起こり,泥質堆積物表層に微小なクレーター状の構造が形成されることが判明した。圧力測定の結果,これは,物性不連続面で間隙水圧力が急変し,間隙水が堆積物表層へ移動したために生じた現象であると推察された。深海底での衝撃波の伝播と反射による堆積構造の形成は,天体の海洋突入時に特有の現象であると考えられ,同様の堆積構造を海洋底掘削試料に見出すことで,全球規模での天体突入の時系列が得られると期待される。本研究での成果を学術論文としてまとめ,国際誌に投稿,査読中である。

被地球捕获的天体有70%的概率进入海洋。当天体较大时，洋壳会因动能的瞬时消耗而发生爆炸性破坏，如K/T碰撞所示。进入海洋的天体会产生能量最大的水下冲击波，其效应会传播到整个海洋。冲击波具有与声音相似的特性，并且它们的能量在海底下的声学不连续性处（例如，固结沉积物层和未固结沉积物层之间的边界）瞬间消散。如果这种能量耗散扩散到沉积的颗粒，它将以扰乱其正上方的沉积结构的方式记录在聚集体中。今年，申请人（首席研究员：箕浦浩二）尝试了冲击波实验，并通过水槽实验进一步阐明了沉积物颗粒运动的沉积学现象。基于该结果，申请人对冲击波消散过程进行了数值重建。使用安装在设备中的计算机对颗粒的运动特性进行沉积学分析，并使用同时购买的图像处理软件对高速CCD图像进行分析。对装满深海海底（泥质）沉积物的水箱进行冲击波实验获得的高速 CCD 图像进行分析表明，冲击波几乎完全穿过海底表面的泥质沉积物，该沉积物与水的密度差很小很明显，此外，研究发现，当泥质沉积物与不同物理性质的沉积层接触时，冲击波会在不连续的表面反射，从而在泥质沉积物的表层形成微坑状结构。根据压力测量的结果，推断这种现象的发生是由于物理不连续表面处的孔隙水压力突然变化，孔隙水移动到沉积物的表层。由于冲击波在深海海底的传播和反射而形成的沉积结构被认为是天体进入海洋时的独特现象，而在海底钻探样本中发现的类似沉积结构表明天体是预计将获得全球范围内的海洋的时间序列。该研究成果已总结为学术论文，已提交至国际期刊，目前正在接受同行评审。