マグマ化学組成のバリエーションの情報科学的解析によるマグマ進化プロセスの理解
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19K04026
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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 | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
上木 賢太 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(火山・地球内部研究センター), 副主任研究員 (40646353)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | マグマ化学組成 / データ駆動 / 火成活動 / 物質循環 / 機械学習 / マグマ生成 / データ解析 / 数値モデル / 多変量解析 / 情報科学的解析 |
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| Outline of Research at the Start |
マグマ組成を用いて地球内部の物理化学条件を理解する研究は広く行われており、噴火準備過程やマグマ生成プロセス、マントル構造などの理解に貢献している。一方、これらの研究は、端成分や生成温度圧力、起源物質等「点の情報」に着目したものがほとんどであり、我々は、マグマ組成の多様性そのものを理解し切ってはいない。組成の多様性の本質の理解や、多様性をもたらすプロセスの理解はまだ発展途上である。この問題を理解する手段として、「天然マグマ化学組成バリエーションの理解」「実験マグマ化学組成バリエーションの理解と実験結果を統合・予測する数値モデル構築」の2点を、統計数理的手法に基づいた手法に基づいて進める。
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| Outline of Annual Research Achievements |
機械学習及び統計数理に基づいた高度なデータ解析によってマグマの化学組成バリエーションを高次元空間で定量的および客観的に解析する方法を確立し、天然火山岩化学組成データおよび高圧実験に基づくマグマ化学組成データに適用して、地球内部でのマグマ進化プロセスやその時空推移を捉えることが本研究の目的である。その目的のために具体的テーマとして設定した課題1から3に基づき、2022年度の研究を遂行した。「課題1: 統計数理に基づいた天然マグマ化学組成バリエーションの特徴抽出手法の確立」に関しては、新規高精度化学分析や文献データ収集に基づいて火山岩化学組成データベースを構築するとともに、データベースを用いた数理解析を行い、天然マグマの組成バリエーションを理解するとともにマグマ進化プロセスを議論する研究を行った。構築したデータベースについては論文として公表した。「課題2: 統計数理に基づいた実験マグマ化学組成バリエーション解析手法の確立」に関しては、2021年度から継続して、マグマ生成場の条件を推定する数理モデルの開発を行った。「課題3: マグマ生成プロセスの時空間推移解析」では、多数の変数から小数の重要な特徴を抽出する機械学習手法を適用して、グローバルな火山岩化学組成やプレート運動のデータセットから、地球内部でのマグマ生成やプレート運動を支配する重要な地球科学的特徴を抽出した。この結果を基に、プレート運動やマントル対流に駆動されるマグマ生成プロセスや地球内部ダイナミクスを議論し、論文として公表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
課題1に関しては、これまでに課題1を遂行してきたことで火山岩化学組成データ解析に有効であることが確認されている複数のデータ解析手法を用いて解析を行った。まず、新規高精度化学分析や文献コンパイルに基づいて火山岩化学組成データセットを構築した。文献コンパイルの結果については論文として公表した。データセットを用いて複数手法での解析を行い、高次元空間内でのマグマ組成バリエーションを把握するとともに、マグマ進化プロセスを議論した。課題2に関しても、これまでの本課題での研究によって確立された解析・モデル構築手法を適用して、計画通り、2021年度から継続してマグマ化学組成から溶融度以外の様々な溶融場条件も推定する総合的な溶融場の情報を抽出するモデル構築へと展開した。課題3に関しては、2021年度までの解析結果を基に、地質学的・地球化学的議論を進め、数理データ解析を元に全地球マグマ生成プロセスを論じた論文として公表した。また、プレート運動の支配要因に関する数理解析研究に参画し、論文として公表した。このほかに、マグマ組成への応用を見据えて、様々な地球科学データ解析研究に参画した。これらのことから、研究計画はおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
課題1については、新規化学分析やコンパイルによる天然マグマデータの収集を進めるとともに、ここまでの研究で確立された手法を用いて様々な火山の天然化学分析データの解析を進め、天然のマグマプロセスを議論する。課題2については、これまでの結果を基に、マグマ化学組成から総合的な溶融場の情報を抽出するモデルを構築を進める。課題3に関しては、本研究課題のまとめとして、本研究成果を多様なデータセットに適用可能とするソフトウェアまたはスプレッドシートの開発を行う。
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Report
(4 results)
Research Products
(32 results)
