岩石の風化速度に及ぼす気候環境の影響

岩石の風化様式や速度は気候条件によって異なるが,風化速度を気候条件の関数として定量化した研究はほとんどない.本研究では,異なる気候環境下において,同じ岩石・建築材料が(1)どのような様式で風化するか,(2)風化速度が気候条件の関数としてどのように表現されるか,の二点について,野外観測と環境試験室内でのシミュレーションによって調べた.今年度は,とくに野外で顕著な風化現象が観察されたアルザス地方の砂岩,群馬県碓氷峠のレンガ(文化財),栃木県産の凝灰岩を研究対象として選定した.具体的な研究内容と成果を以下に示す.1.野外調査:碓氷トンネル・鉄橋を構成するレンガでは,破砕様式が壁面の向きにより異なり,南向きでは蜂の巣状破砕,北向きではブロック状破砕が卓越する.それぞれ,塩類風化,凍結風化が原因として推定された.壁面の破砕の分布と形状について,詳細なマッピングを行い,壁面の強度分布を定量化した.2.野外観測:レンガの膨張と破砕,温度,水分を小型データロガーを用いて記録し,破砕が進行するさいの環境条件を調べた.北向き壁面では,冬の凍結日が連続する時期に膨張の発生が観測された.2.室内実験;温度・湿度を制御できる環境試験装置内に,野外で採取した岩石・レンガ試料を置き,現場の気候条件を再現し,風化の進行過程を詳細に調べた.試料の温度,水分,破砕の時間変化を高解像度でモニターした.初期飽和度が高く,凍結中に十分な水分が供給される試料では,氷点直下で凍上が連続的に進行し,最終的には破壊が観察された.次年度は,さらに観測地域を高山や岩石海岸に拡張するとともに,実験室で様々な気候環境を再現し,風化様式と速度の違いを定量化する.室内ては,塩類風化実験も実施する.

岩石の風化様式や速度は気候条件によって異なるが,風化速度を気候条件の関数として定量化した研究はほとんどない.本研究では,異なる気候環境下において,同じ岩石・建築材料が(1)どのような様式で風化するか,(2)風化速度が気候条件の関数としてどのように表現されるか,の二点について,野外観測と環境試験室内でのシミュレーションによって調べた.今年度は,とくに野外で顕著な風化現象が観察されたアルザス地方の砂岩,群馬県碓氷峠のレンガ(文化財),栃木県産の凝灰岩を研究対象として選定した.具体的な研究内容と成果を以下に示す.1.野外調査:碓氷トンネル・鉄橋を構成するレンガでは,破砕様式が壁面の向きにより異なり,南向きでは蜂の巣状破砕,北向きではブロック状破砕が卓越する.それぞれ,塩類風化,凍結風化が原因として推定された.壁面の破砕の分布と形状について,詳細なマッピングを行い,壁面の強度分布を定量化した.2.野外観測:レンガの膨張と破砕,温度,水分を小型データロガーを用いて記録し,破砕が進行するさいの環境条件を調べた.北向き壁面では,冬の凍結日が連続する時期に膨張の発生が観測された.2.室内実験;温度・湿度を制御できる環境試験装置内に,野外で採取した岩石・レンガ試料を置き,現場の気候条件を再現し,風化の進行過程を詳細に調べた.試料の温度,水分,破砕の時間変化を高解像度でモニターした.初期飽和度が高く,凍結中に十分な水分が供給される試料では,氷点直下で凍上が連続的に進行し,最終的には破壊が観察された.次年度は,さらに観測地域を高山や岩石海岸に拡張するとともに,実験室で様々な気候環境を再現し,風化様式と速度の違いを定量化する.室内ては,塩類風化実験も実施する.