Surface Elevation Measurement by Level Survey on Rhonegletscher -Report of Swiss Field Course Takahiro Abe (1), Tomoko Nagai (2) (1) Graduate Sc

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れれこしの
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1 Surface Elevation Measurement by Level Survey on Rhonegletscher -Report of Swiss Field Course Takahiro Abe (1), Tomoko Nagai (2) (1) Graduate School of Science, Hokkaido University (2) Graduate School of Environmental Science, Hokkaido University

2 Outline 1. Introduction 2 2. Study sites and methods 3 3. Results 6 4. Discussion 9 5. Conclusion and Future prospects Acknowledgement References 11 1

3 1. Introduction 氷河とは主に降雪によって積った雪が圧密されて氷となり重力によって下流へと流れるものである氷河は氷床と山岳氷河に大別されるが特に山岳氷河は人々の生活と密接な関わりがある氷河融解水の生活用水農業用水の他水力発電などの工業用水への利用観光資源としての利用等用途は多岐にわたっているしかし恩恵をもたらす一方で氷河は有害な面を持つ氷河湖決壊による洪水や不安定な氷体が崩壊することで発生する雪崩は時に甚大な被害を下流域にもたらす大災害にもつながりかねないまた近年地球規模での温暖化に関して議論されているが地球上に存在する淡水の約 75% は氷として陸上に存在するため (Sugiyama et al., 2007) 地球温暖化の影響によって引き起こされる氷の融解が与える影響は大きいと考えられる海洋への融解水の流入による海水面の上昇が懸念されており南極氷床の全てが融解すると 60 m 以上海水面が上昇することが予測されている山岳氷河に関しても氷河の縮小が観測されており特にアルプスやヒマラヤなど比較的低緯度に存在する氷河ではそれが顕著でありスイス国内の氷河でも同様の傾向が観測されている (Huss et al., 2008) このように氷河は様々な形で人間社会や環境に影響を与えておりその動態を把握するため氷河観測の重要性は非常に高いと考えられる本研究で対象としたローヌ氷河はスイスアルプス中央部フルカ峠の近くに存在する全長約 8km 氷河面積 km 2 体積 km 3 の温暖谷氷河である (Farinotti et al., 2009) 周りを Dammastock Galenstock などの山々に囲まれており標高約 2300 m-3500 m に位置する現在はスイスで 9 番目に大きな氷河であるが氷期においてはスイス最長の氷河であったしかし 1850 年ごろからローヌ氷河の急激な後退が観察されその傾向は今もなお続いておりローヌ氷河の氷は過去 70 年の間に約 50 m 薄くなっていることが分かっている (Sugiyama et al., 2007) さらにローヌ氷河末端に形成された氷河湖による氷河の縮退の加速も懸念されているまたさらに氷河の後退が進行すれば氷河湖が拡大し大規模な水害が生じる危険性もあるよって今後の氷河の挙動や変動を理解するために氷河の表面標高の変化や表面の形状を理解することは重要であると考えられるこれまで 2006 年から 2012 年にかけてキネマティック GPS (KGPS) によりローヌ氷河末端における経年的な表面標高の変化の動向と将来の質量収支の予測が行われ (Bolorchimeg et al., 2011) それをもとに氷河表面の形状の測定が行われてきた本研究ではローヌ氷河表面の形状をさらに詳細に理解するため水準測量により相対的な標高の測定とローヌ氷河の標高プロファイルの作成を行ったまた本研究と KGPS 携帯用小型 GPS の結果を比較することにより水準測量の正確さを理解することも目的の一つとした今回行った水準測量とはハンドレベルおよび巻尺を用いて測点の高低差を測り標高を求める原始的な方法であるしかしながら GPS などの宇宙測地技術が進歩した現在もなお火山噴火や地震に伴う地殻変動観測など広く用いられている (Mori and Suzuki, 1998; Doi et al., 1999; 村瀬, 2009) 2

4 2. Study sites and methods Figure 1: Location of Rhonegletscher. It is located on the southern center in Switzerland. 本研究はスイスアルプス中央部フルカ峠の近くに位置するローヌ氷河において水準測量を行った (Figure 1) ローヌ氷河末端から約 300 m の位置を第一回測量 (Lower Part) の始点 (Yamato: 標高 2,265 m) とし終点を Takeruno とした第二回測量 (Upper Part) の始点を ETH の掘削地点 (ETH_BH) とし終点を Mikoto( 標高 : 2,395 m) とした (Figure 2) なお第一回測量の終点と第二回測量の始点間( 直線距離 : 約 180 m) の測量は行っていないまた第一回測量の始点および第二回測量の終点の標高は KGPS のデータを基準として使用している水準測量はハンドレベル (Figure 3a) クリノメーター(Figure 3b) および巻尺を用い測点間の高低差および距離を測定した (Figure 4) 本研究において測定した距離は Figure 2 におけるΔl であるまた h は測定者の視線高である測量方法としてはハンドレベルを用いて観測者の視線と同じ標高を決めその地点からの距離を測定するということを繰り返す (Figure 4) 測定したΔl と視線高から Δd 相対標高および勾配を求めたそして得られたデータから氷河表面の標高プロファイルの作成を行ったクリノメーターは測定方位を調べるために使用したまた本研究の結果と KGPS 携帯用小型 GPS の標高データとの比較を行った 3

ETH_BH means the borehole position drilled by ETH.

5 Figure 2: Observed points and lines. Yamato, Takeruno, and Mikoto are the weather and camera station name. ETH_BH means the borehole position drilled by ETH. Black line indicates the profile we observed but red one is not. Figure (3): Measuring instruments. (a) Hand level. (b) Clinometer. 4

6 Figure 4: Measuring method. Person A measures the sight height (h) as same as him and person B stand on the point. Then, we measure the oblique distance (Δl). 5

7 3.Results Figure 5 に今回の水準測量による結果を示したなお水準測量は比高を測るものであり絶対標高の計測は不可能であるため Yamato と Mikoto における KGPS のデータを基準としたまた我々が測ったのは斜距離であるが測定距離に対して傾斜がゆるやかであったため水平距離と近似した Figure 5 には計算によって求めた水平距離に対する標高についてもプロットしてあるこれはまさに氷河の表面形状を示したグラフとなっており氷河表面は一様にフラットではないことがわかるまた水平距離と斜距離はほとんど差が見られなかった Figure 5: Surface elevation on Rhonegletscher. Horizontal axis shows the distance from the station Yamato, and the vertical does the elevation. Blue markers indicate the oblique distances we observed and red ones do the horizontal distances we calculated. A,B, and C mean the point we took some pictures on Figures (7). 6

次にそれぞれの観測点間ごとに傾斜を求め (Figure 6) さらに第一回測量(Lower Part) と第二回測量 (Upper Part) における平均傾斜も求めた (Table 1) その結果 Lower Part と Upper Part では平均傾斜が少し異なり Upper Part の方がやや急勾配であることが判明したカメラとボアホールの間はほとんど傾斜がないこともわかったまた

8 次にそれぞれの観測点間ごとに傾斜を求め (Figure 6) さらに第一回測量(Lower Part) と第二回測量 (Upper Part) における平均傾斜も求めた (Table 1) その結果 Lower Part と Upper Part では平均傾斜が少し異なり Upper Part の方がやや急勾配であることが判明したカメラとボアホールの間はほとんど傾斜がないこともわかったまた携帯用小型 GPS と水準測量の精度の比較を行った (Table 2) KGPS の誤差が数 cm であるのに対し携帯用小型 GPS の誤差が約 5 m であることから今回は KGPS のデータが最も正確としそれに対して携帯用小型 GPS と水準測量がどのくらい誤差があるのかを調べた計算方法としては観測点 Yamato, Takeruno, CP, Mikoto 間のそれぞれの比高を 3 種類の手法 (KGPS 携帯用小型 GPS 水準測量) を用いてそれぞれ計測し KGPS の値に対して携帯用小型 GPS と水準測量がどのくらい誤差があるのかを計算したその結果どの観測点間においても携帯用小型 GPS よりも水準測量の方が KGPS の値に近かったなお CP 点は ETH_BH よりも約 60m 上流部に位置するポイントである ETH_BH での KGPS データを取得していなかったために携帯用小型 GPS と KGPS のデータが両方存在するポイントとして使用した Figure 6: Surface gradients on Rhonegletscher. Left black square show the first observation data. Right one does the second. Blue and red markers are the same as those in Figure 5. 7

9 Table 1: Average gradients on the Lower and Upper parts. The unit is degree. Table 2: Relative elevations with three methods (KGPS, level survey, and Handy GPS) and the residuals. 8

4.Discussion Figure 5 の A B C の 3 つの観測点付近の写真を Figure 7 に示した Lower Part (Yamayo-Takeruno 間 ) では標高が上がるにつれて少しずつ勾配が急になっていることがわかるまた Figure 6 にばらつきがそこまで見られないことから表面はでこぼこではなく比較的平らであることもわかる (Figure 7a,

10 4.Discussion Figure 5 の A B C の 3 つの観測点付近の写真を Figure 7 に示した Lower Part (Yamayo-Takeruno 間 ) では標高が上がるにつれて少しずつ勾配が急になっていることがわかるまた Figure 6 にばらつきがそこまで見られないことから表面はでこぼこではなく比較的平らであることもわかる (Figure 7a, 7b) 一方 Upper Part(ETH_BH -Mikoto 間 ) での勾配は Lower Part よりもばらつきが多いことがわかる (Figure 6) 実際に写真からも Lower Part と比べて大きなクレバスが多くあることが確認でき (Figure 7c) 測定地点がクレバスの頂点と谷で勾配が異なるためだと思われる次に斜距離 ( 青 ) と水平距離 ( 赤 ) の違いについて考察する Figure 6 では勾配が急なほど青と赤のマーカーが少しずれていくことがわかるこれは傾斜が大きいほど斜距離と水平距離の差が大きくなるからであるこのことは実際の平均勾配が Upper Part の方が少し大きいことと整合的である (Table 1) 最後に携帯用小型 GPS と水準測量の精度比較について考察するまず水準測量の基準標高を KGPS のデータに一致させているため多少は KGPS の値に近くなると考えられる次に携帯用小型 GPS は単独測位なため相対測位をしている KGPS の精度 ( 数 cm) よりはるかに下がる ( 数 m) 一方水準測量では高さ方向は観測者の視線高の整数倍で標高を測っているので誤差は極めて小さいよって水準測量は携帯用小型 GPS より KGPS の値に近くなると思われる Figure 7: Some pictures during the measurements. (a), (b), and (c) mean the point A, B and C in Figure 5, respectively. 9

11 5. Conclusion and Future prospects 今回 2012 年度スイス氷河実習においてローヌ氷河上で水準測量を行った水準測量における標高の基準は KGPS による標高データを使用したこの測定の目的はローヌ氷河の表面地形のプロファイルを作りまた携帯用小型 GPS と水準測量ではどちらが KGPS に近いかを検証することであった水準測量の結果我々はローヌ氷河の表面プロファイルを作成することができその表面傾斜は一様でないことがわかったまた水準測量は携帯用小型 GPS よりも正確であることがわかった今後の展望としては水準測量を行ったライン上で KGPS のデータも取得しより詳細な表面地形のプロファイルを作成したいさらに各地点での流動速度やアイスレーダーによる氷厚探査を行い氷河の形と流動速度場の相関関係を調べたいと考えている 6.Acknowledgement このスイス氷河実習は日本学術振興会 (JSPS) 日本学生支援機構(JASSO) 北大海外教育交流支援事業からの支援のもとに行われましたまたご引率ご指導して下さった北海道大学の杉山慎先生澤柿教伸先生中村一樹先生福井学先生そして航空券海外保険等の諸手続きや実習中のサポートをしていただいた遠藤知子さんに感謝申し上げます皆様のサポートのおかげで大変貴重な実習に参加できたことを心から嬉しく思いますありがとうございました 10

12 7.References Bolorchimeg, B., D. Sakakibara and T. Yasuda (2011), Elevation changes of Rhonegletscher from 2007 to 2011, Report of Swiss Field Course 2011 Doi, N., Kajiwara, T. and Aoyama, K. (1999). Upheaval of ground detected by leveling before the Earthquake of September 3, 1998, at Southwest area the Iwate volcano, volcanological society of Japan., 44, Farinotti, D., Huss, M., Bauder, A., Funk, M. and Truffer, M. (2009). A method to estimate ice volume and ice-thickness distribution of alpine glaciers. J. Glaciol., 55(191), Huss, M., Bauder, A., Funk, M. and Hock, R. (2008). Determination of the seasonal mass balance of four Alpine glaciers since J. Geophys. Res., 113(F1), F Mori, H. and Suzuki, A. (1998). Volcanic Ground Deformation at Mt. Usu -A Perspective of the Deformation in the Last Twenty Years-. Geophysical Bulletin of Hokkaido University, Sapporo, Japan., 61, 村瀬, 雅之 (1999). 台湾玉里断層における稠密水準測量調査. 日本大学文理学部自然科学研究所研究紀要, 地球システム科学, 44, 159. Sugiyama, S., Bauder, A., Zahno, C. and Funk., M. (2007). Evolution of Rhonegletscher, Switzerland, over the past 125 years and in the future: application of an improved flowline model. Annals of Glaciology, 46, Sugiyama, S., Tsutaki, S., Nishimura, D., Blatter, H., Bauder, A. and Funk, M. (2008). Hot water drilling and glaciological observations at the terminal part of Rhonegletscher, Switzerland in Bull. Glaciol. Res., 26,

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