Influence of upper mantle hydration on the initiation of oceanic plate subduction
| Project/Area Number |
19K04015
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大内 智博 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (60570504)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 沈み込み開始 / 蛇紋石 / 上部マントル / プレートテクトニクス / 変形実験 / マントル / 含水鉱物 / かんらん岩 / 断層弱化 |
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| Outline of Research at the Start |
海洋プレートの沈み込みは、海洋プレート内にある断層の強度が著しく低い場合にのみ起こる現象であるが、その具体的な断層弱化機構については未だによくわかっていない。本研究では、断層に沿って海水が浸透した際に起こるかんらん岩の熱水変質作用に着目する。具体的には、高温高圧下での熱水変形実験をとおして、かんらん岩の加水反応によってどのような含水鉱物が生成し、それがどの程度強度低下に寄与するのかを明らかにする。そして、地球型惑星において、どのような地質学的条件が揃えばプレートテクトニクスが発生しうるのかを検証する。
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| Outline of Final Research Achievements |
To understand how the hydrothermal alteration of the upper mantle affects the strength of oceanic fracture zones, we conducted simple-shear experiments on water-saturated peridotite gouges using two deformation-DIA apparatuses at a confining pressure of 2.5 GPa, temperatures of 500-580 °C, and water contents of 4-30 wt.%. The gouges have a shear strength of 0.5-1 GPa. Olivine aggregates exhibit a B-type crystal preferred orientation indicative of the operation of the [001](010) slip system. Shear displacement is also accommodated by the development of serpentine-rich multiple shear zones including B, R1, and Y shears, where intense cataclasis-related grain size reduction occurs. These findings suggest that at the oceanic fault zones undergoing hydrothermal alteration, deformation is controlled by competition between dislocation creep in olivine and frictional sliding of serpentine.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
海洋プレートの沈み込みは、惑星表層とマントルの間の物質循環をもたらすことから、地球史における大気やマントルの進化を考える上で重要なプロセスである。本研究成果は、惑星表層に海洋が存在することで、プレートが沈み込みを開始するために必要なプレート間にかかる抵抗力（差応力）に打ち勝つことができることを明らかにした。つまり、太陽系の岩石惑星の中で地球にだけプレートテクトニクスがある理由として、惑星表層に唯一水が存在することが挙げられる。
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Report
(4 results)
Research Products
(22 results)
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[Journal Article] Geochemical characteristics of back-arc basin lower crust and upper mantle at final spreading stage of Shikoku Basin: an example of Mado Megamullion2021
Author(s)
Akizawa, N., Ohara, Y., Okino, K., Ishizuka, O., Yamashita, H., Machida, S., Sanflippo, A., Basch, V., Snow, J.E., Sen, A., Hirauchi, K., Michibayashi, K., Harigane, Y., Fujii, M., Asanuma, H., Hirata, T.
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Journal Title
Progress in Earth and Planetary Science
Volume: 8
Issue: 1
Pages: 65-65
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Melting and evolution of amphibole-rich back-arc abyssal peridotites at the Mado Megamullion, Shikoku Basin2021
Author(s)
Sen, A., Snow, J.E., Ohara, Y., Hirauchi, K., Kouketsu, Y., Sanfilippo, A., Basch, V., Harigane, Y., Fujii, M., Okino, K., Akizawa, N.
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Journal Title
Geochemistry, Geophysics, Geosystems
Volume: 22
Issue: 12
Pages: 1-20
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Cataclastic and crystal-plastic deformation in shallow mantle-wedge serpentinite controlled by cyclic changes in pore fluid pressures2021
Author(s)
Hirauchi, K., Nagata, Y., Kataoka, K., Oyanagi, R., Okamoto, A., Michibayashi, K.
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Journal Title
Earth and Planetary Science Letters
Volume: 576
Pages: 117232-117232
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Alteration processes recorded by back-arc mantle peridotites from oceanic core complexes, Shikoku Basin, Philippine Sea2021
Author(s)
Hirauchi, K., Segawa, I., Kouketsu, Y., Harigane, Y., Ohara, Y., Snow, J., Sen, A., Fujii, M., Okino, K.
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Journal Title
Island Arc
Volume: 30
Issue: 1
Pages: 1-13
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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