ライザー掘削2

黄色い部分が，ドリルパイプを回転させるトップドライブという装置です。モーターで，パイプごと回転させて掘削します。錐で板に穴をあけるように，ドリルパイプの自重でドリルビットを岩盤に押し付けながら掘削します。押し付ける力は，ドリルパイプを吊るすクレーンで調整します。


金網に囲まれた，ドリラーハウス。ドリルを操作する人をドリラーと呼び，この中で作業を行います。船は１日24時間稼働しており，作業は12時間交代で行われます。


ドリルの状態をディスプレイでモニターし，見えない孔の中を想像しながら掘削します。ドリラーが座るシートは，ガンダムのコックピットみたいでかっこ良いです。


ここにも，硫化水素ガスをチェックするモニターがあります。


ドリルフロアの下。円錐状の筒の中を通して，パイプを海底におろします。奥に見える３本の黄色い柱は，ライザーパイプをつり下げる装置です。


船体中央にある，学校のプールを同じくらいの大きさの穴をムーンプールと呼びます。ここからパイプを海中におろします。


海が荒れていても，この中は月が映るほど穏やかだということから，ムーンプールと名付けられたそうです。下北半島沖では，この中がサンマでいっぱいになったそうです。


掘削孔からガスが噴き出さないように，噴出防止装置（BOP）を海底に設置します。掘削孔内の圧力が高くなり，ガスが海底から噴き出しそうなると，BOPの安全弁（７段のシャッター）が閉じられて封じ込めます。14.5ｍ・縦5.9ｍ・横5.2ｍ・重量380tという巨大な装置です。写真はBOPの装置の一部で，本体は整備のため取り外されていました。


船の位置を測定するトランスポンダを海底に設置したり，無人カメラをおろすためのクレーンが，舷側に設置されています。


泥水をパイプに送り込むポンプです。


回収された泥水に混ざっている削りくず（カッティングス）を，ここでふるいにかけて泥水と分けます。


熊野灘で掘削を行ったときのカッティングス。“カッティンくず”ではありません。どの地層を掘っているか，どのくらいの深さを掘っているかを判断するための，貴重なサンプルです。

ライザー掘削1

「ちきゅう」の任務は，深い海の底のさらにその下を掘り進み，マントルまで到達することです。「ちきゅう」の掘削技術について紹介します。


デリック（掘削やぐら）を，下から見上げたところ。9.5mの長さのパイプを４本つなぎ，デリックの中に立てかけてあります。


船体後部には，ケーシングパイプが積んであります。海底の下では，掘削孔に挿入したこのパイプの中をドリルが降りて行き，穴を掘ります。掘削孔壁とケーシングパイプの間にはセメントを流し込み，孔壁が崩れないように補強します。


このドリルパイプをつないで海底におろし，回転させて掘削します。パイプの先端にはねじ山が切ってあり，パイプどうしをつなぎます。ドリルパイプにも，様々な種類のものがあります。


ドリルパイプの先端につけ，海底を削るドリルビット。材質や形状が異なる100種類あまりのビットから，岩盤の状況に合わせて最適なものを選んで使います。左側のビットはダイヤモンドを埋め込んであり，固い岩盤を掘削するときに用います。先端中央には，コアサンプルを取り込む穴があります。


これがライザーパイプです。「ちきゅう」と海底は，このライザーパイプでつながっています。この中をドリルパイプが通り，泥水と呼ばれる特殊な液体が流れています。


パイプはこの台車に載せ，ドリルフロアまで運ばれます。


デッキ上には巨大なクレーンが４基設置されており，パイプの移動に使います。

ここで，ライザー掘削について説明しておきましょう。通常の海底掘削では，海水をドリルビットから吹き出しながら掘り進んで行きます。削りくずは，海水とともに掘削孔を通って海底に吹き出します。この方法では，地下の圧力で孔壁が崩れたり，地中のガスが突然，掘削孔から海面まで吹き出すことがあります。ライザー掘削では，パイプの中に密度の大きい泥水を高圧で循環させ，孔壁の崩落やガスの噴出を防ぎなら掘り進みます。ドリルパイプを通ってビットから噴き出した泥水は，削りくずとともにケーシングパイプ・ライザーパイプを通って「ちきゅう」に回収されます。削りくずをふるいにかけた後，再びドリルパイプへと送られます。
「ちきゅう」は，ライザー掘削でマントルまで掘り進みます。

「ちきゅう」ラボ紹介

コアサンプルを調べる「ちきゅう」のラボ（実験室・研究室）を紹介します。今回の実習も，ラボを使って行いました。


海底から引き上げられたコアサンプルは，写真左奥のドリルフロアからベルトコンベアの様な装置でここまで運ばれます。引き上げたばかりのコアは，温泉の様な臭い（卵の腐った臭い）がするそうです。


コアサンプルは，長さ9mの透明なパイプに入っており，ここで1.5mの長さに切断されます。奥の壁にある箱は，硫化水素を検知する装置です。


となりの部屋には，事故の際に水を浴びるシャワーと洗眼台があります。


ラボに運び込まれたコアサンプルは，医療用と同じX線CTスキャンにかけられます。スキャンされた画像を解析することで，断層など肉眼では確認しにくい構造がわかります。


深海掘削調査の結果，地層の中にも微生物が存在することがわかりました。これらの微生物は，酸素が豊富な大気中では生きていけない（嫌気性）ので，酸素を遮断した装置の中で作業をします。


取り出した微生物を培養する恒温装置です。微生物に合わせて様々な温度が設定できるよう，何台もあります。


海水とガスを抜き取った後，コアサンプルは縦に分割され，一つは研究者の調査用に，もう一つは今後のために保存されます。コアの保管場所は世界に３カ所あり，日本では高知大学にあります。


磁鉄鉱のような磁化した鉱物が堆積する時，粒は当時の地磁気の方向を向いて降り積ります。地磁気は過去にN極とS極が繰り返し逆転しており，その変化は地層中の磁鉄鉱の向きとして記録されています。この磁気シールドルームでは，地層中の残留磁気を測定します。

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磁気シールドルームは現在の地磁気を遮蔽しているため，方位磁針の針は北を指さず，いつまでも動いています。止まったと思ってもN極は北を指しておらず，また針が動き始めます。


その他にも，海水やガスの成分を分析するための装置が，所狭しと並んでいます。

体験実習２日目

２日目は，微化石の観察実習を行いました。顕微鏡を使わなければ見えないよ小さい化石を，微化石といいます。微化石を調べるには，いくつもの種類の顕微鏡を使います。


双眼実体顕微鏡。双眼鏡のように覗き込み，立体的に見えます。微化石の中でも比較的大きいものの形を調べたり，取り出したりするのに使います。学校においてあるものと，基本的には同じです。スイッチ一つでデジタル画像に切り替え，保存することができます。


偏光顕微鏡。接眼レンズは双眼ですが，対物レンズは単眼なので立体的には見えません。より小さい微化石や，炭酸カルシウムなどの結晶でできた化石を調べるのに使います。鉱物の観察に使う顕微鏡と同じです。


電子顕微鏡。高倍率で，化石の微細な構造を調べるのに使います。像は，PCのディスプレイの上で確認します。


前日のコア実習で使ったスミアスライドを，観察してみました。中央に見える丸いのは，何でしょう？

体験実習１日目

乗船スクールでは，実際に地球に乗り込んでいる研究者の方に手ほどきを受けながら，実際の作業とほぼ同じ実習を行います。


１日目の実習は，コアサンプルの観察です。掘削パイプの中に納められた地層のサンプルを，コアサンプルと呼びます。引き上げられたコアサンプルは，ここで研究者によって調べられます。


すきなコアを１本選び，色や粒の違いをシートに記入していきます。私が実習に使ったコアサンプルで，中央の黒い部分は3〜5mmのスコリアの層です。


色の見方や表現は感覚的なものなので個人差がありますが，研究で使用するためには，誰でもわかるようにしなければなりません。そこで，この様な色見本を見ながら，最も近い色を記号で表して行きます。


コア中の堆積物を調べるには，スミアスライドというものをつくります。コアの一部を爪楊枝の先にとり，水でといてスライドグラスの上に薄く広げます。乾燥させた後，カバーガラスに接着剤をたっぷりと塗り，スライドグラスに被せます。この接着剤は紫外線を当てると硬化するもので，手前の箱はそのための紫外線ボックスです。


講師の杉原さんの説明を受けながら，コアサンプルの確認をしました。粒子の大きさの変化から，静水中で堆積したものか，流されてきたのもかが推定できます。


私が選んだコアには１mm程度のパミス（軽石）が含まれていたので，その部分のスミアスライドをつくりました。偏光顕微鏡で見ると，たくさんの火山ガラスとともに，石英や輝石が見られました。


上と同じスミアスライドの直交ニコル写真です。偏光顕微鏡では，2枚の偏光板の間にスライドを置いて，このような状態で観察します。このときガラスは真っ黒になりますが，石英や輝石などの鉱物結晶には色（干渉色）がついて見え，ステージを回転させると明るくなったり暗くなったりします。

地球深部探査船「ちきゅう」紹介

２月１３日（土）・１４日（日），海洋研究開発機構地球深部探査センターが開催した地球深部探査船「ちきゅう」乗船スクールに参加しました。これは，若手研究者と教育関係者を対象に企画されたもので，2010年は１月に続いて２回目の開催となります。教育関係者乗船体験コースの様子を，普段の見学会では見られない場所や話も含めて紹介します。「ちきゅう」について詳しく知りたい方は，海洋研究開発機構地球深部探査センターのサイト“地球発見（http://www.jamstec.go.jp/chikyu/jp/index.html）”をご覧下さい。乗船スクールの様子も掲載されています。


清水港に停泊中の「ちきゅう」。全長210mの船体は，間近に見ると巨大な白い壁のようです。


「ちきゅう」のシンボル，デリック（掘削やぐら）。船底からデリックのてっぺんまでは130mもあり，港の中でもひときわ目立っています。夜になると作業灯でライトアップされ，とてもきれいです。


「ちきゅう」のヘリコプターデッキは，ブリッジの前方にひさしのようにせり出しています。「ちきゅう」の中で，一番，広々としたところです。掘削中，船は移動できないので，ヘリコプターで人員の輸送を行います。


ブリッジ（艦橋）では，船長から説明を受けました。巨体の割には，小さい印象です。


掘削中は，洋上の一点に船を固定しておかなければなりません。ここで，船の位置をコントロールします。「ちきゅう」の船底には，360°首を振る巨大な扇風機のようなアジマスラスターが６基，設置されています。GPS（より位置の精度を高めるDGPS）データと海底に設置したトランスポンダからの音波で船の位置を正確に把握します。また，風・波の情報を元に，アジマスラスターの向きや回転数を調整して，常に船の位置を修正しています。


掘削中，最も注意しなければならないのが，海底の掘削孔から吹き出すガスで，有毒な硫化水素や引火性のあるメタンが含まれます。そのため，船内各所にガスセンサーが設置され，ガスがたまった箇所はブリッジでモニターできます。


ブリッジからの風景。ひさしのようなヘリデッキも，ブリッジ内からはさほど気になりません。


機関室では，機関長から説明を受けました。「ちきゅう」は，電力で動かしています。主発電機6基，補助発電機2基が作り出す電力は35000キロワットで，約3500世帯の使用電力に相当します。そのすべてを，ここでコントロールしています。


発電機を動かすディーゼルエンジン。写真左奥の発電機へと繋がっています。船体後部に左右４基ずつ置かれ，浸水を防ぐための隔壁で仕切られています。片側が浸水しても，反対側の発電機で航行できるようになっています。


電力はここで変圧され，アジマスラスターや掘削デッキなど船内各所に送られます。「ちきゅう」の変電所です。


機関室内は，このような狭い階段や通路を使って移動します。機関室は窓もなく，自分がどこにいるのかもわかりません。


ディーゼルエンジンの冷却水として，海水をくみ上げて使います。下北半島東方沖掘削試験のときは，この冷却水のパイプ中にエチゼンクラゲが詰まって大変だったそうです。


万一，火災が起こった場合，「ちきゅう」の機関室にはディーゼルエンジンや発電・変圧設備があるため，通常の消火剤では対応できません。最終的には，全ての扉を閉めて炭酸ガスを充満させて消火します。


救命ボートは，船体前部に4艇，後部に2艇あります。個室の番号でどの救命ボートに乗るかが決まっていて，避難訓練では救命ボートごとに集合します。


階段の隙間からは，はるか下に甲板や海が見え，なかなかスリリングです。

次回は，「ちきゅう」船内のラボで体験した実習について掲載します。

コーラ噴火実験２（超音波で噴火）

炭酸飲料のように揮発性成分が溶け込んでいる液体を発泡させるには，異物を混入させるほか，振ったり振動を加えるやり方があります。超音波洗浄機にコーラのペットボトルを入れて振動を加えると，一気に発泡が起こります。

３　コーラ＋超音波洗浄機噴火実験
⑴　用具
コーラ1.5lペットボトル（１本），ドリル（１台），超音波洗浄機（１台）
⑵　実験方法
①　ドリルでフタに径8mmの孔をあける。
②　超音波洗浄機に水を2/3程度入れ，コーラのボトルを立てる。
③　超音波洗浄機のスイッチを入れる。
⑶　実験結果
スイッチを入れてすぐに，コーラが勢いよく吹き出します。高さは8m位に達し，3～5秒間噴出が続きます。

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実際の火山でも，岩石がマグマ溜まりに落ちたり，地震の震動によって火山ガスの発泡が進むことがあるのかもしれません。

コーラ噴火実験１（コーラとメントス）

コーラを使った噴火実験です。コーラにメントスを入れると，勢いよく吹き出します。動画サイトにも，様々なパフォーマンスビデオがアップされています。火山の噴火は，マグマから火山ガスの発泡が進むと起こります。噴火のメカニズムを理解する実験として，使えます。

⑴　用具
コーラ500mlペットボトル（１本），メントス（３個），ドリル（１台），錐（１本），釣り糸（20cm）
⑵　実験方法
①　ドリルでフタに径8mmの孔をあける。

②　錐でメントスに孔をあける。
③　メントスの孔に釣り糸を通し，繋げる。

④　フタの孔に釣り糸を通し，ペットボトルにフタをする。
⑤　釣り糸を離し，メントスをペットボトル内に落とす。
⑶　実験結果
メントスを落とすとすぐに発泡が始まり，コーラが噴き出します。高さは1.5～2m程に達し，3～5秒間噴出が続きます。

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参考ウェブサイト
群馬大学教育学部早川研究室
http://www.hayakawayukio.jp/publication/paper/takayanagi.pdf
http://ameblo.jp/kipuka/theme-10002823429.html

コーラとメントスを一緒に飲んだことによる事故が発生しています（http://www.j-cast.com/2008/05/27020576.html）。一緒に飲まないよう，注意して下さい。

浅間山５（火山がつくる地層）

火山の噴火は，一瞬にして何ｍもの厚さの地層を作ることがあります。火砕流や溶岩流は，火口から山腹を流れ下って地表を覆います。軽石や火山灰は，風に運ばれて降り積ります。大規模な噴火では、火山灰が何1000kmも先まで運ばれることがあります。

地層下部のクリーム色の部分は，1万5800年前の噴火で降り積もった嬬恋軽石層。いくつかの火山灰と黒ボク（風化土壌）をはさんで，最上部は鎌原土石なだれが覆っています。


峰の茶屋向かいの東大地震研究所の敷地内では，火山灰，ローム，黒ボクの地層が見られます。上半分の軽石層は，天明の噴火で降り積もったものです。


東泉沢に見られる地層。下部には，1万5800年前の噴火で噴出した嬬恋軽石が堆積し，その上に，いくつかの黒ボク，ローム，軽石層が重なり，最上部を吾妻火砕流が覆っています。


黒い層は，火山灰が風化して土壌となった部分で，黒ボクと呼ばれます。クリーム色の層は，火山灰が風化して再堆積したロームです。これらの層は，厚い火山灰や軽石を降り積もらせるような噴火がなかったことを示しています。

浅間山４（３つの山）

浅間山は，黒斑山・前掛山・釜山の３つの山体からなります。

黒斑山（2455m）は2万4300年前に山体崩壊を起こし，西側に山体の一部を外輪山として残しています。カルデラ底部の平らな部分は，湯の平と呼ばれます。崩壊前は3000m級の成層火山であったと考えられています。


2万4300年前の山体崩壊のときに流出した土砂は，周辺に流れ山と呼ばれる小高い地形をつくりました。これらの多量の土砂は吾妻川を通って利根川へ流れ込み，前橋の台地を形成しました。


前掛山の山頂。天明の噴火以前は，ここが浅間山の山頂火口でした。火口壁上部の溶岩には，冷却時につくられた節理が見られます。現在，入山できるのは前掛山までです。


前掛山火口内に天明の噴火でつくられたスコリア丘を，釜山と呼びます。釜山の北側は，前掛山の火口壁を埋めて山腹斜面と一体になっています。天明の噴火後は，1910年代，1930年代，1950年代に活発に噴火を繰り返しました。