メイン大学のテクトニクスと構造地質学の教授であり、地球と気候科学の学部長でもある Scott E. Johnson 博士の My Science Life 特集へようこそ。
私の専門分野は一般的に構造地質学に分類されますが、そのタイトルには多くの下位分野が含まれます。私の研究は主に、固体の地球がさまざまな種類の負荷 (加えられた力) に対して、空間的および時間的スケールの範囲にわたってどのように反応するかに焦点を当てています。長期にわたる大規模な荷重の例は、太平洋プレートや北米プレートなどの構造プレートの相互作用です。カリフォルニアでは、これらのプレートは互いにスライドし、それらの間の境界はサン アンドレアス断層と呼ばれます。
短期間の小規模な負荷の例は、伝播する地震の破壊の周りで放出されるエネルギーです。このエネルギーは、サンアンドレアスのような大きな地震断層を取り囲む岩石に広範囲にわたる粒子規模の亀裂を引き起こす可能性があります。最後に、別のタイプの負荷は熱です。鉱物が温度を変えると、膨張 (加熱) または収縮 (冷却) するからです。熱負荷は、岩石を割るのに十分な大きさの粒子スケールの力につながります。一般に、荷重は変形につながります。私の研究の主な目的の 1 つは、特定の荷重条件が与えられたときに変形が発生するメカニズムを調べることです。その意味で、私の専門分野は地球レオロジーとも呼ばれます。ここでのレオロジーは、加えられた荷重に対する材料の反応の研究です。
あなたの毎日の仕事はどのようなものですか?
9 か月の学年度中、私は午前 4 時頃に起きて、2 ～ 3 時間研究を行うようにしています (午前 4 時に自発的に起きるのは狂人だけだと自分に言い聞かせた後です)。これには通常、岩石の変形を調査するために設計された数値モデルの読み取り、書き込み、および実行が含まれます。頭がすっきりしていて、常に気が散っていない朝が最も効果的に研究できます。
素敵な妻のベサニーと一緒にコーヒーを飲みましょう.
私たちは両方とも1.5時間ジムに向かいます。健康とフィットネスは、私たちにとって生涯にわたる優先事項です。
残りの時間はほとんどオフィスに行きます。そこでの私のルーチンは、管理された混乱に似ています。教えるクラスがあり、大学院生がメンターを務め、私は学校長であるため、常に管理業務を行う必要があります。私は、構造地質学と呼ばれる上級コースと、ダイナミック アースと呼ばれる入門レベルのコースを教えています。また、必要に応じて大学院レベルのコースも教えています。私の管理業務には、私的資金の調達、戦略計画、来学期のコースのスケジューリング、学校の年間予算からの支出の承認、人事アクションフォームやその他の無数のフォームへの署名、ピア委員会への教員のパフォーマンスの年次レビューに関する指示、毎月の実行などが含まれます教員会議、および他の多くの職務。管理業務は負担になることもありますが、これらの責任を負うことで、教員の同僚が研究と教育に集中できるようになっていることを知って、深い満足感を得ることができます.
家に帰って、とりわけ 1、2 時間ギターを弾きます。好きな音楽はいろいろありますが、最近は主にクラシックロックやメタルを演奏しています。 Bethany はドラマーであり、演奏をさらに楽しくやりがいのあるものにしています。ベサニーと私も料理が大好きなので、毎晩 1 時間ほどキッチンでヘルシーで美味しいものを作っています!
私は通常、就寝前に 1 時間かけて、より多くの調査を行い、メールを片付けます (そして、さらにいくつかのギターをこっそりと飲み込みます!)。
あなたの研究について教えてください
私は、テクトニクス、構造地質学、およびレオロジーの一般的な分野に幅広い関心を持っています。マグマ系、マグマ弧と山岳地帯の地殻変動、石油とガスの断裂制御移動、地震サイクルにおける動的断片化、変形した変成岩の変形と化学反応の結合に取り組んできました。
私のキャリアの中で、私はオーストラリア、ニュージーランド、ネパール、メキシコで数百平方キロメートルの驚くべき地質をマッピングし、会議やフィールドトリップに出席するために世界の他の多くの地域を旅してきました.現場にいるだけでなく、岩石の微細構造も大好きなので、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡、図 1 に示すような数値ツールなど、さまざまなツールを使用してそれらを調べることに多くの時間を費やしています。
最近では、深部での地震サイクルと地震断層のレオロジーをよりよく理解するために、深く侵食された地震断層に取り組んでいます。地表観測、掘削孔、高解像度地震学実験を通じてこれらの地殻レベルにアクセスできるため、地球の地殻の上部数キロメートルにある地震断層について多くのことを知っています。しかし、たとえばサンアンドレアス断層が深さ 10 ～ 15 キロメートルでどのように見えるかを知りたければ、何百万年もの浸食によって露出した同様の古代の断層を見つけなければなりません。そのような断層の 1 つがメイン州のノルンベガ断層系で、これは現在地表に露出しているサンアンドレアス断層の最も古いアナログの 1 つです。私の研究グループは、ノルンベガ星系で 10 年近く研究を続けています。私たちが扱う岩石は、断層が地震活動を行っていたとき (約 3 億年前)、摂氏 400 ～ 500 度の温度で変形していました。これは、深さ 10 ～ 15 キロメートルに相当します。学際的なプロジェクトを楽しんだり、さまざまな分野の人々を集めて地球科学の難しい問題に取り組んだりしています。エンジニアの同僚と一緒に仕事をすることは、特にやりがいがあります。なぜなら、私が自分で取り組むには数学的および計算的に難しすぎる分野で進歩を遂げることができたからです.
示されている例では、走査型電子顕微鏡を介して電子後方散乱回折法が使用され、厚さ 20 マイクロメートルの研磨された岩石セクションから鉱物とその結晶学的優先方位がマッピングされています。データは数値ツールボックスの入力として使用され、微細構造が再構築され、各鉱物粒子に適切な弾性剛性マトリックスが適用されます。
図 2 では、「岩石」に 180 メガパスカル (大陸地殻の深さ約 7 キロメートルに相当) の圧縮静水圧負荷がかけられ、摂氏 100 度まで冷却されます。岩石が冷えると、個々の鉱物はさまざまな方向にさまざまな量だけ収縮します。言い換えれば、それらは異方性熱膨張特性を持っています。この例では、最大主応力 (メガパスカル単位) をプロットします。赤 (正) は張力、青 (負) は圧縮です。この異方的な収縮により、非常に大きな粒子スケールの引張応力が発生し、マイクロクラックが発生します。これは、エンジニアリングだけでなく、地球科学においても非常に重要です。なぜなら、このようなマイクロクラックは岩石のレオロジーに変化をもたらし、流体の流れを促進する一時的な透過性を生み出すからです。これは、地熱分野や変成化学反応の速度論などに重要な用途があります。
Vel, S.S., Cook, A.C., Johnson, S.E., Gerbi, C., 2016. テクスチャード加工された多結晶材料のコンピューターによる均質化とマイクロメカニカル解析。応用力学および工学におけるコンピューター手法、310、749-779、https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0045782516308192
あなたの分野での最大の課題は何ですか?
惑星は非常に複雑であるため、地球についての理解はまだ初期段階にあります。取り組むべき魅力的で社会的に重要な課題が数多くあります。テクトニクスと構造地質学の幅広い分野では、大きな課題として際立っているトピックがいくつかあります。米国のテクトニクスと構造地質学のコミュニティは、将来の研究のための 5 つの壮大な課題を概説する国立科学財団のビジョン ステートメントの最終草案を完成させる過程にあります。 (1) 地球や他の惑星の経時変化の理解、(2) 地球が変形するメカニズムの理解、(3) カリフォルニア州のサンアンドレアス断層のような地震断層の物理的および化学的挙動の理解。 (4) 地球の表面で発生しているプロセスと地球の内部で発生しているプロセスの間の動的な相互作用を理解すること、および (5) これらの研究目的を進めながら社会のニーズを満たすこと。
たとえば、上記の 2 を取り上げると、私たちのコミュニティのメンバーは、固体の地球がどのように変形するかについて、概念的な枠組みと定量的な説明を形式化することの重要性を長い間理解してきました。変形は、地震、火山噴火、景観の変化、天然資源の形成などのプロセスを通じて、社会に直接影響を与えます。この変形のすべての側面は、何百万年にもわたる地殻変動プレートの相互作用によって引き起こされる造山、何千年にもわたる氷床の融解に続く地表の反発、数日にわたる火山に栄養を与えるマグマの上昇を伴うかどうかに関係なく重要です。数週間、または地震中の断層のほぼ瞬時の動き.
あなたの分野でキャリアを積もうとしている人たちに何かアドバイスはありますか?
地球科学であなたをワクワクさせる何かを見つけ、それを追求することに職業人生を捧げてください。よく働き、よく遊び、健康と趣味に気を配りましょう。キャリアの中で幸せになるためには、自分のしていることを愛さなければなりません。私にとって、地質学者になることは屋外にいることであり、学者になることは、研究のために何をするか、つまり学生に何を教えるかを自由に選択できることでした.キャリアや人生のどこにたどり着くかは決してわかりませんが、心からワクワクする何かを見つけ、情熱を持ってそれを追い求めるなら、やりがいのある場所に行ける可能性は十分にあります。
「My Science Life」プロジェクトは、科学者に発言権を与え、何万人もの人々とつながることを可能にするという Science Trends の使命の中核をなすものです。あなたのような人々が自分の「ストーリー」を共有し、そうすることで科学をより親しみやすく個人的なものにする機会です。
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