Negative excursion of surface electric fields during gamma-ray glows in winter thunderstorms

和田 有希*; 鴨川 仁*; 久保 守*; 榎戸 輝揚*; 林 省吾*; 澤野 達也*; 米徳 大輔*; 土屋 晴文

Journal of Geophysical Research; Atmospheres, 128(21), p.e2023JD039354_1 - e2023JD039354_20, 2023/11

https://doi.org/10.1029/2023JD039354

During the 2020-2021 winter season, we detected 6 gamma-ray glows at Kanazawa University, Japan. Negative surface electric fields (E-fields) were observed by a field mill during all the glow cases. In five of the six cases, the maximum E-field reached 12 , and the E-field during the glow detection was the strongest in 3 hours before and after the detection time. Therefore, negative charges should have been dominant in the thunderclouds that produced the gamma-ray glows, and electrons were probably accelerated and multiplied by the E-fields between a predominantly negative charge layer and a localized positive charge layer below. In addition, we extracted 8 non-detection cases in the 2020-2021 winter season, in which surface E-fields were stronger than 12 . In 5 of the 8 cases, radar echoes were inadequately developed, suggesting insufficient charge accumulation. On the other hand, the remaining 3 cases had well-developed radar echoes, and there was no significant difference from the detection cases.

Termination of downward-oriented gamma-ray glow by normal-polarity in-cloud discharge activity

和田 有希*; Wu, T.*; Wang, D.*; 榎戸 輝揚*; 中澤 知洋*; 森本 健志*; 中村 佳敬*; 篠田 太郎*; 土屋 晴文

Journal of Geophysical Research; Atmospheres, 128(15), p.e2023JD038606_1 - e2023JD038606_9, 2023/08

https://doi.org/10.1029/2023JD038606

A gamma-ray glow, a minute-lasting burst of high-energy photons from a thundercloud, was detected by ground-based apparatus at Kanazawa University, Japan, in a winter thunderstorm on 18 December 2018. The gamma-ray glow was quenched by a lightning flash within a brief time window of 40 ms. The lightning flash produced several low-frequency (LF) E-change pulses that were temporally coincident withthe termination of the gamma-ray glow, and that were located within 0.5 km from the observation site by the Fast Antenna Lightning Mapping Array. The LF pulses had the same polarity as a positive cloud-to-ground current and a normal-polarity in-cloud current. Since this polarity is against the upward electric field for producing the gamma-ray glow (accelerating electrons to the ground), we infer that the glow was terminated by a normal-polarity in-cloud discharge activity between a middle negative layer and an upper positive layer.

Denudation process of crystalline nappes in a continental collision zone constrained by inversion of fission-track data and thermokinematic forward modeling; An Example from Eastern Nepalese Himalaya

中嶋 徹; 河上 哲生*; 岩野 英樹*; 檀原 徹*; 酒井 治孝*

Journal of Geophysical Research; Solid Earth, 127(5), p.e2021JB023630_1  - e2021JB023630_33, 2022/05

https://doi.org/10.1029/2021JB023630

大陸衝突帯における結晶質岩ナップの削剥過程を明らかにするために、東ネパールヒマラヤに分布する高ヒマラヤ変成岩ナップとレッサーヒマラヤナップに熱年代学的手法を適用した。

Deposition and dispersion of radio-cesium released due to the Fukushima Nuclear accident, 2; Sensitivity to aerosol microphysical properties of Cs-bearing microparticles (CsMPs)

梶野 瑞王*; 足立 光司*; 五十嵐 康人*; 佐藤 志彦; 澤田 壮弘*; 関山 剛*; 財前 祐二*; 佐谷 茜*; 鶴田 治雄*; 森口 祐一*

Journal of Geophysical Research; Atmospheres, 126(1), p.e2020JD033460_1 - e2020JD033460_23, 2021/01

https://doi.org/10.1029/2020JD033460

The dispersion and deposition of radio-cesium (Cs) carried by the two types (type A and type B) of water-insoluble Cs-bearing solid microparticles (CsMPs) released due to the Fukushima nuclear accident were simulated for the first time. The presence of type B CsMPs (70-400 m found in soil and 1-5 m found in air), associated with the hydrogen explosion of Unit 1 in the afternoon of March 12, could partly explain the simulated underestimation of total deposition over land by assuming that 100% of the Cs carriers were water-soluble submicron particles (WSPs). Type A CsMPs (0.1-10 m), released from Units 2 or 3 in the midnight between March 14 and 15, travelled over the Kanto Plain, the most populated plain in Japan. Differences in the size distribution of type A CsMPs altered the surface air concentration over Kanto substantially, by up to more than one order of magnitude. The major deposition mechanisms varied among dry, wet, and fog depositions depending on the size distribution. The simulated activity fractions due to the CsMPs in the total deposition were compared to those observed in surface soil for the first time. The observations could be explained by the simulations for the locations under the influence of type B CsMPs. However, the simulations were substantially underestimated for the locations influenced by type A CsMPs. There could be more fractions of type A CsMPs emission in the source term and/or the simulated deposition rates of type A CsMPs were underestimated.

Photonuclear reactions in lightning, 2; Comparison between observation and simulation model

和田 有希*; 榎戸 輝揚*; 中澤 知洋*; 湯浅 孝行*; 古田 禄大; 小高 裕和*; 牧島 一夫*; 土屋 晴文

Journal of Geophysical Research; Atmospheres, 125(20), p.e2020JD033194_1 - e2020JD033194_15, 2020/10

https://doi.org/10.1029/2020JD033194

During a winter thunderstorm on 6th February 2017 in Japan, photonuclear reactions such as N()N were triggered by a downward terrestrial gamma-ray flash (TGF), as reported by Enoto et al. (2017). In the present paper, we compare the observation with a simulation model of downward TGFs and subsequent photonuclear reactions constructed by the first paper of the series and Wada, Enoto, Nakazawa, et al. (2019). The observation and model consist of three components: annihilation gamma rays from positrons produced by -decay nuclei, de-excitation gamma rays originating from neutron captures, and radiation doses by TGF photons. Each component of the observation is reproduced by the simulation model, and we constrain a relation between the number of avalanche electrons and their production altitude of the downward TGF. The constrains by three components match within an order of magnitude. The downward TGF is estimated to comprise 10 avalanche electrons above 1 MeV produced at an altitude of 1.4-2.7 km. Despite differences in altitude, direction, and season, downward TGFs in winter thunderstorms are thought to have the same mechanism of electron acceleration and multiplication in lightning as TGFs observed by in-orbit satellites.

Inverse magnetic susceptibility fabrics in pelagic sediment; Implications for magnetofossil abundance and alignment

臼井 洋一*; 山崎 俊嗣*; 岡 壽崇; 熊谷 祐穂*

Journal of Geophysical Research; Solid Earth, 124(11), p.10672 - 10686, 2019/11

https://doi.org/10.1029/2019JB018128

北西太平洋で採取した長さ12mの遠洋性粘土のピストンコアを調べたところ、帯磁率異方性が異なる領域があることがわかった。遠洋性粘土の岩石磁気測定および強磁性共鳴分光測定を行ったところ、遠洋性粘土中には生物由来の磁鉄鉱が分布しており、これが原因で帯磁率異方性が異なっていると推察された。

Analysis of the ozone reduction event over the southern tip of South America in November 2009

秋吉 英治*; 門脇 正尚; 中村 東奈*; 杉田 孝史*; 廣岡 俊彦*; 原田 やよい*; 水野 亮*

Journal of Geophysical Research; Atmospheres, 123(22), p.12523 - 12542, 2018/11

AA2018-0443.pdf:12.61MB

https://doi.org/10.1029/2017JD028096

2009年11月に南米大陸南端で3週間続くオゾン全量の減少が生じた。オゾン監視装置(Ozone Monitoring Instrument)によって観測されたオゾン全量及びERA-interim再解析データの解析から、極渦崩壊時に極渦が南米大陸側へ移動したことによって、このオゾン全量の減少が生じたことが示された。極渦の移動は、西経120-150度及び南緯50-60度の対流圏から南米大陸西及び南米大陸南端上空の成層圏への波フラックスの増加と関連しており、この波活動によって下部成層圏に大規模なジオポテンシャル高度の負偏差が生じた。また、2009年11月に南米大陸西の500hPaのジオポテンシャル高度からブロッキングが診断された。これらの結果は、2009年11月のブロッキング領域からの波の伝搬を介した南半球対流圏のブロッキングと、2009年11月の南米大陸南端で見られた数週間のオゾン全量の減少との関連を示唆している。さらに、1979-2015年の各年11月の南米大陸南端の南緯50-60度と西経65-75度を対象としたオゾン全量偏差及び力学場の解析から、2009年11月のオゾン全量の負偏差は1979-2015年の37年間で最大規模の負偏差であり、下部成層圏の大規模なジオポテンシャル高度の負偏差と関連付けられた。

Atmospheric modeling of Cs plumes from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant; Evaluation of the model intercomparison data of the Science Council of Japan

北山 響*; 森野 悠*; 滝川 雅之*; 中島 映至*; 速水 洋*; 永井 晴康; 寺田 宏明; 斉藤 和雄*; 新堀 敏基*; 梶野 瑞王*; et al.

Journal of Geophysical Research; Atmospheres, 123(14), p.7754 - 7770, 2018/07

https://doi.org/10.1029/2017JD028230

日本学術会議のモデル相互比較プロジェクト(2014)で提供された、福島第一原子力発電所事故時に大気中に放出されたCsの計算に用いられた7つの大気輸送モデルの結果を比較した。本研究では、東北及び関東地方に輸送された9つのプルームに着目し、モデル結果を1時間間隔の大気中Cs濃度観測値と比較することにより、モデルの性能を評価した。相互比較の結果は、Cs濃度の再現に関するモデル性能はモデル及びプルーム間で大きく異なることを示した。概してモデルは多数の観測地点を通過したプルームを良く再現した。モデル間の性能は、計算された風速場と使用された放出源情報と一貫性があった。また、積算Cs沈着量に関するモデル性能についても評価した。計算されたCs沈着量の高い場所はCsプルームの経路と一致していたが、大気中Cs濃度を最も良く再現したモデルは、沈着量を最も良く再現したモデルとは異なっていた。全モデルのアンサンブル平均は、Csの大気中濃度と沈着量をともに良く再現した。これは、多数モデルのアンサンブルは、より有効で一貫したモデル性能を有することを示唆している。

Uplift and denudation history of the Akaishi Range, a thrust block formed by arc-arc collision in central Japan; Insights from low-temperature thermochronometry and thermokinematic modeling

末岡 茂; 池田 安隆*; 狩野 謙一*; 堤 浩之*; 田上 高広*; Kohn, B. P.*; 長谷部 徳子*; 田村 明弘*; 荒井 章司*; 柴田 健二*

Journal of Geophysical Research; Solid Earth, 122(8), p.6787 - 6810, 2017/08

http://doi.org/10.1002/2017JB014320

複数の熱年代学的手法とthermo-kinematicモデリングを用いて赤石山脈の削剥史を検討した。熱年代は東に向かって系統的に若返り、赤石山脈北部は東縁に分布する糸魚川-静岡構造線の活動によって隆起した可能性が示唆された。Thermo-kinematicモデリングによって詳細な検討を加えた結果、糸魚川-静岡構造線の変位速度が5-10mm/yr、傾斜が27-45度、デコルマ深度が20-25kmのとき、熱年代測定結果と既存の地形・地球物理データを矛盾なく説明できることが確認できた。隆起速度と削剥速度は約4mm/yrと推定された。一方、赤石山脈南部は、先行研究による少数の熱年代データは北部と異なる値を示しているほか、地形・地質構造等の違いを考慮すると、北部とは別の時期・メカニズムによって隆起している可能性がある。

Far-field stress dependency of the failure mode of damage-zone fractures in fault zones; Results from laboratory tests and field observations of siliceous mudstone

石井 英一

Journal of Geophysical Research; Solid Earth, 121(1), p.70 - 91, 2016/01

https://doi.org/10.1002/2015JB012238

断層のダメージゾーンにおける肉眼スケールの破壊様式(引張性/せん断性)は断層の水理特性に影響を与える。ダメージゾーンにおける破壊は断層沿いの応力集中に伴う局所的な差応力の増大あるいは有効垂直応力の低下によって引き起こされるとする想定とグリフィスクーロン理論に基づくと、広域応力場における有効中間応力が岩石の引張強度の2倍以下の場合に引張亀裂が断層から独占的に派生し得ることが示唆される。本研究では人工断層を入れた珪質泥岩供試体を用いて力学試験(非排水三軸試験と一軸試験)を行い、その断層端部に形成されるダメージゾーン亀裂の特徴と供試体に与えた有効中間応力とを比較した。その結果、上記の示唆と整合的な結果が得られた。同珪質泥岩中に発達するダメージゾーン亀裂のボーリングコア観察結果と現在の有効中間応力とを比較すると、同様の結果が得られた。実験室の圧裂引張試験より得られる引張強度は天然の歪速度下における長期的な強度としても用いることが可能であり、多数の引張亀裂を伴うよく連結し合った高透水性断層帯は有効中間応力が引張強度の2倍以下を経験したことのある岩盤領域にのみ発達し得ることが示唆される。