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Numerical experiments of mantle convection of extrasolar terrestrial planets

Research Project

Project/Area Number 18K03724
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
Research InstitutionEhime University

Principal Investigator

Kameyama Masanori  愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (70344299)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords太陽系外地球型惑星 / マントル対流 / 数値シミュレーション / 断熱圧縮 / スーパー地球
Outline of Final Research Achievements

A series of numerical experiments had been carried out in order to obtain a comprehensive understanding of mantle dynamics of terrestrial planets with various sizes and mean compositions. The effect of adiabatic compression turned out to be significant on the mantle dynamics of terrestrial planets whose mass is more than four times the Earth's. In addition, a structure called "deep stratosphere" of stable thermal stratification can be formed at the lowermost part of the mantle of massive planets with 10 times the mass of the Earth's owing to the interaction between the adiabatic compression and spatial variations in physical properties (such as viscosity and thermal conductivity), although the strength of the effect of adiabatic compression varies depending on the spherical geometry of the convection vessel of mantle.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

太陽系外地球型惑星の発見によって、太陽系内には存在しえない大きさ・平均組成をもつ地球型惑星を想定した研究の現実味だけでなく、「地球のほかに生命を宿す星があるか?」という宇宙生物学的な興味もが高められた。多様な地球型惑星のマントル対流の様相を調べることは、固体地球物理学の観点からこの問いに答えることとなる。なぜならマントルのダイナミクスは惑星表層のテクトニクスを支配すると同時に、その下にある金属核の冷却過程やダイナモ作用にも影響することにより、その惑星の表層環境が生命の発生・維持に適しているかを規定することになるからである。

Report

(6 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (38 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (33 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Numerical experiments on thermal convection of highly compressible fluids with variable viscosity and thermal conductivity in 2-D cylindrical geometry: implications for mantle convection of super-Earths2022

    • Author(s)
      Kameyama Masanori
    • Journal Title

      Geophysical Journal International

      Volume: 231 Issue: 2 Pages: 1457-1469

    • DOI

      10.1093/gji/ggac259

    • Related Report
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  • [Journal Article] Linear analysis on the onset of thermal convection of highly compressible fluids with variable viscosity and thermal conductivity in spherical geometry: implications for the mantle convection of super-Earths2021

    • Author(s)
      Kameyama Masanori
    • Journal Title

      Earth, Planets and Space

      Volume: 73 Issue: 1 Pages: 167-167

    • DOI

      10.1186/s40623-021-01499-w

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  • [Journal Article] Tectonic plates in 3D mantle convection model with stress-history-dependent rheology2020

    • Author(s)
      Miyagoshi Takehiro、Kameyama Masanori、Ogawa Masaki
    • Journal Title

      Earth, Planets and Space

      Volume: 72 Issue: 1

    • DOI

      10.1186/s40623-020-01195-1

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  • [Journal Article] 2-D Numerical Simulations on Formation and Descent of Stagnant Slabs: Important Roles of Trench Migration and Its Temporal Change2020

    • Author(s)
      Tsuchida Mana、Kameyama Masanori
    • Journal Title

      Frontiers in Earth Science

      Volume: 8

    • DOI

      10.3389/feart.2020.00117

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    • Author(s)
      Miyagoshi Takehiro、Kameyama Masanori、Ogawa Masaki
    • Journal Title

      Earth, Planets and Space

      Volume: 70 Issue: 1

    • DOI

      10.1186/s40623-018-0975-5

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      宮腰剛広、亀山真典、小河正基
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  • [Presentation] マントル対流の数値モデリング -月・プレートテクトニクス・スーパー地球を例にして-2020

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  • [Presentation] マントル対流とプレート沈み込みのダイナミクス2020

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      亀山 真典、土田 真愛
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  • [Presentation] スーパーアースのマントル対流シミュレーション2019

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  • [Presentation] Tectonic plates in 3D-numerical models of mantle convection with stress-history-dependent viscosity2019

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  • [Presentation] 強い圧縮性をもつマントルの熱対流シミュレーション: スーパー地球のマントル対流に対する物性変化と内部発熱の影響2019

    • Author(s)
      亀山 真典
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  • [Presentation] 回転流体における3次元熱対流シミュレーションの流れ構造の解析2019

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      亀山 真典
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  • [Presentation] 火成活動とプレートテクトニクスの3次元モデリング: 岩石惑星マントルの熱化学進化の解明に向けた取組み2019

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      亀山 真典、小河 正基、宮腰 剛広、柳澤 孝寿
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  • [Presentation] 火成活動とプレートテクトニクスの3次元モデリング: 岩石惑星マントルの熱化学進化の解明に向けて2018

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  • [Presentation] 粘性率の応力履歴依存を考慮した、プレート運動を伴う3次元マントル対流モデルの開発2018

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      Takeo Kaneko, Tomoeki Nakakuki, Masanori Kameyama, and Hikaru Iwamori
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      The 2nd Asia-Pacific Workshop on Lithosphere and Mantle Dynamics (AGMT2018)
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      Mana Tsuchida and Masanori Kameyama
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      Masanori Kameyama, Mayumi Yamamoto, Mifuyu Kinoshita, Saki Nakamura, Masaya Murata, and Yuya Kinoshita
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      The 2nd Asia-Pacific Workshop on Lithosphere and Mantle Dynamics (AGMT2018)
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      Masaki Ogawa, Takehiro Miyagoshi, and Masanori Kameyama
    • Organizer
      American Geophysical Union 2018 Fall Meeting
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    • Int'l Joint Research

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Published: 2018-04-23   Modified: 2024-01-30  

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