Field Notes (Japanese Only)

「データとコードの奥にある、自然界のドラマと試行錯誤の記録」

このページは、本格的な技術チュートリアル（Series）の枠には収まりきらない、多角的な視点から綴るエッセイおよび研究ノートです。

温泉の泉質を科学的に読み解くコラムや、地形・地理が歴史に与えた影響の考察から、日々のシミュレーションで直面した失敗談、泥臭いトラブルシューティングまで。研究者の「思考の過程」と「自然界への好奇心」を、飾らずに記録しています。

🌋 Geo & Onsen（温泉と地理の科学）

地球科学的なアプローチで、温泉の形成メカニズムや化学的特徴、そして特異な地形が歴史的な出来事にもたらした背景などを紐解きます。

🔬 Lab Notes & Python（研究と試行錯誤の軌跡）

日々のシミュレーション開発の裏側、計算の失敗やトラブル対応、データサイエンスのリアルなプロセスをオープンに共有します。

地下水科学入門 #2：地下水はどこに存在し、どう動くのか？— 地層という器と地形というエンジン

地下水

地形

地質

Python

入門

地下水はどんな空間に存在し、どう動くのか？沖積平野の帯水層から山岳地帯の亀裂、石灰岩が作り出すダイナミックなカルスト地形まで、地質が作る「器」の多様性を美しいイラストで図解。さらにTóthの「地下水流動系」モデルを通じ、地形が駆動する地下水の流れの階層構造を詳細に解説します。

地下水科学入門 #1：水循環とは？— 雨はどこへ行くのか

地下水

水循環

水文学

Python

入門

地球上の淡水の99%を占める地下水。本記事では、雨が地下へ浸透して始まる「水循環（Water Cycle）」の基本メカニズムと、世界の「水収支（Water Budget）」を分かりやすく解説します。なぜ地下水が水資源として特別で重要なのか、水文学の基礎から解き明かします。

PHREEQCをゼロから始める #15：インバースモデリング — 水質データから「見えない地下のプロセス」を逆算する

Geochemistry

PHREEQC

Python

「結果」から「原因」を解き明かす究極のツール、インバースモデリング（逆解析）。地下水と海水の混合や、陽イオン交換、泉質進化のメカニズムを推理ゲームのように解明する。

PHREEQCをゼロから始める（応用編）#14：硝酸塩汚染の地下水診断 — 脱窒はどこで、どれだけ起きているか

Geochemistry

PHREEQC

農業地帯の地下水で最も頻繁に問題となる硝酸塩汚染を、Pythonで診断・定量する。Nitrificationで生成されるNO₃⁻がどう移動し、脱窒でどう消えるかを概念から計算・野外診断まで一気通貫で学ぶ。

PHREEQCをゼロから始める #13：酸化還元シークエンス — 地下水が「還元」されていく順番

Geochemistry

PHREEQC

有機炭素が存在する帯水層で、O₂→NO₃⁻→Mn²⁺→Fe²⁺→SO₄²⁻→CH₄ の順に電子受容体が消費される Redox sequences を PHREEQC で再現する。Appelo & Postma の古典図を自分の手で計算する。

PHREEQCをゼロから始める #12：移流分散モデル — 地下水中の物質移動

Geochemistry

PHREEQC

TRANSPORTブロックで地下水中の溶質移動をシミュレート。移流・分散・反応の3つを組み合わせ、汚染物質の拡散から炭酸塩の溶解前線まで、空間×時間の2次元で地球化学を追う。

地下水はなぜ変化するのか #1：別府温泉と冷地下水の関係

地下水

温泉

地球熱学

別府南部で観測された不圧地下水位の長期低下。その背景にある温泉水と冷地下水の関係、地質構造、そして「地下水位を測ることの意味」を解説する。

PHREEQCをゼロから始める #11：反応経路モデリング — 雨水が地下水になるまで

PHREEQC

Groundwater

REACTION ブロックで石灰岩・花崗岩を少しずつ溶かしながら、pH・SI・化学種濃度がリアルタイムで変化する様子をシミュレート。#3〜#10 で積み上げた知識がすべて統合される。

PHREEQCをゼロから始める #10：飽和指数（SI）の使いこなし — 鉱物は溶けているか、沈殿しているか

Geochemistry

PHREEQC

log(IAP/Ksp) で定義される飽和指数 SI を徹底解説。#2〜#9 の計算で毎回登場していた SI の正体を明かし、水質診断・スケール予測・鉱物平衡判定への応用を学ぶ。

PHREEQCをゼロから始める #9：イオン強度と活量係数 — 海水と真水で計算結果が変わる理由

PHREEQC

Python

PHREEQCが裏で何をしているのか、ついに解き明かす。Debye-Hückel・Davies・Pitzerモデルの違い、イオン強度の正体、そして「なぜ同じpHでも計算結果が違うのか」を徹底解説する。

PHREEQCをゼロから始める #8：Python で溶解度データを解析・可視化する

PHREEQC

Python

地球化学

#7 で出力した Gibbsite 溶解度データを pandas で読み込み、matplotlib / plotly でインタラクティブなダイアグラムを生成する。PHREEQC と Python の連携ワークフローを完成させる。

PHREEQCをゼロから始める #7：溶解度ダイアグラム（Gibbsite）

Geochemistry

PHREEQC

PHASESブロックでpHを固定し、pH 3〜14 でのアルミニウム溶解度を計算する。USER_GRAPHで溶解度ダイアグラムを描き、Gibbsiteの両性溶解挙動を可視化する。

偏微分方程式をPythonで解く：1次元熱方程式入門

Python

偏微分方程式

偏微分方程式と聞いて身構えた方へ。熱の拡散を例に、差分法の考え方からPythonコードまでを丁寧に解説します。数式が苦手でも大丈夫。

高温水熱条件下における地球化学的反応輸送シミュレーション（第1回）：概要とシステム設計

Groundwater

Python

MODFLOW

Geochemistry

Simulation

地下水

地球化学

水と岩石の化学反応を追いかける「反応輸送モデル」。Python、MODFLOW、PHREEQCを連携させたシミュレーションシステムの全体設計を、図解を交えて初心者にも分かりやすく解説します。

関ヶ原の謎：徳川家康はなぜ「虎の口」へ躊躇なく進軍できたのか？

地形

日本の歴史を決定づけた「関ヶ原の戦い」。地形だけを見れば、東軍（徳川家康）は盆地の底に誘い込まれた「袋のネズミ」なのに、躊躇なく進軍した理由は？

「平均42℃」なのに凍えた——データに騙されないための、たった一つの武器

統計学

温泉

平均値だけ見て旅行先を決めたら、水風呂に入らされた。その理不尽さの正体が「標準偏差」です。数式ゼロ、でも本質100%。読み終わったら、会議のデータが怖くなくなります。

[温泉 #2] ヘキサダイアグラム (Stiff diagram)で読む水質——主要8成分の意味と水道水・河川水・地下水・海水の比較

温泉

地下水

温泉・地下水の泉質分類に欠かせないヘキサダイアグラム（Stiff図）の読み方・描き方を解説する。主要8成分の地球化学的意味、および水道水・河川水・地下水・海水・温泉の比較を通じて、水質の「顔」を見る目を養う。

[温泉 #1] 別府温泉の「泉質」は何で決まるのか——水文地球化学で読み解く地下熱水

温泉

地下水

温泉の色や味はなぜ違うのか。梁（2021）の研究を入口に、水文地球化学の基礎から別府温泉の流動システムまでを解説する。

PHREEQCをゼロから始める #6：黄鉄鉱の酸化とAMD

Geochemistry

PHREEQC

黄鉄鉱（FeS₂）が酸素と反応して硫酸を生成し、pH が急落する酸性鉱山廃水（AMD）の形成プロセスをPHREEQCで再現する。REACTIONブロックで不可逆反応を段階的に進め、Goethiteの沈殿条件まで含めた実践的な計算を解説する。

PHREEQCをゼロから始める #5：炭酸地下水と海水の混合（混合腐食 or 混合溶解）

Geochemistry

PHREEQC

Groundwater

Tutorial

カルサイトと平衡な2つの水を混ぜると、混合水がカルサイトに対して不飽和になる「混合腐食」or 「混合溶解」をPHREEQCで再現する。炭酸地下水70%と海水30%の混合から、ドロマイトとカルサイトへの影響まで5ステップで計算する。

PHREEQCをゼロから始める #4：カルサイト−CO₂水反応（開放系 vs 閉鎖系）

Geochemistry

PHREEQC

Groundwater

土壌中のCO₂と純水・カルサイト（Calcite）の反応を、開放系(Open system)と閉鎖系(Closed system)の2ケースでシミュレーションする。地下水の水質形成において最も基本的なこの反応が、系のCO₂条件によってpHと溶存Ca²⁺濃度にどう影響するかをPHREEQCで定量的に示す。

PHREEQCをゼロから始める #3：MixingとEQUILIBRIUM_PHASES

Geochemistry

PHREEQC

Groundwater

石膏（Gypsum）と硬石膏（Anhydrite）を例に、EQUILIBRIUM_PHASESブロックの使い方を解説。25℃から75℃への加熱シミュレーションで、温度上昇によって2つの鉱物の安定性が逆転する現象をPHREEQCで再現する。

PHREEQCをゼロから始める #2：Speciationで海水を解析する

Geochemistry

PHREEQC

Groundwater

PHREEQCのSpeciation計算を使って海水の化学種分布を求める。Na・Ca・Mg・SO₄など主要イオンの入力方法から、錯体形成・飽和指数の読み方まで丁寧に解説する。

PHREEQCをゼロから始める #1：インストールと最初の計算

Geochemistry

PHREEQC

Groundwater

Tutorial

地球化学計算ソフトPHREEQCのインストールから起動、純水の計算実行まで。スクリーンショットなしでも迷わないよう、各ステップを丁寧に解説します。

FlopyとPHREEQCで熱水地球化学シミュレーション #3：解析・可視化編

Groundwater

Python

MODFLOW

Geochemistry

Simulation

地下水

カップリングシミュレーションで得られたデータを読み解く。破過曲線・鉱物量の空間プロファイル・飽和指数の「意味」と「読み方」を、グラフの見方から丁寧に解説する。

FlopyとPHREEQCで熱水地球化学シミュレーション #2：カップリングの概念

Groundwater

Python

MODFLOW

Geochemistry

Simulation

地下水

地球化学

地下水の流れと化学反応を同時にシミュレーションする仕組みを、プログラミング未経験者にもわかるように解説する。

FlopyとPHREEQCで熱水地球化学シミュレーション #1：
モデル設計編

Groundwater

Python

MODFLOW

Geochemistry

Simulation

地下水

地球化学

MODFLOW 6（Flopy）とPHREEQC（phreeqpy）をPythonでカップリングし、1次元カラムの熱水流動と地球化学反応を統合解析するシリーズ。第1回はなぜこのカップリングが必要なのか、モデル全体の設計思想と構成を解説します。

ダルシーの法則を理解する：FloPyで作る最初の地下水モデル

Groundwater

MODFLOW

Python

Tutorial

地下水

地下水流動の基本である「ダルシーの法則（Darcy’s Law）」の理論と、FloPy（MODFLOW 6）を用いた1次元モデルによる再現方法を解説します。