電離層数値モデルと陸上・海底磁場データを組込んだマントル遷移層描像手法の新展開
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20K04125
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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 | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小山 崇夫 東京大学, 地震研究所, 助教 (00359192)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
馬場 聖至 東京大学, 地震研究所, 准教授 (70371721)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 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 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
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)
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| Keywords | Sq場 / GAIA / 電磁誘導 / 沈み込みスラブ / 含水量 / GAIAモデル / ビオ・サバール則 / 電気伝導度インバージョン / 電離圏 / マントル遷移層 / 電気伝導度 / 磁場データ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、従来のような陸上磁場観測値を用いたアプローチではなく、大気圏内および電離圏内における物理プロセスに依拠して電離圏電流系を導出したモデルGAIAを活用してSq場（地磁気日変化）を精確に再現する。そして、GAIAの電離圏電流系を電磁場外部起源ソースとして活用し、それによる地中の電磁気的応答を含んだ磁場観測データを用いてマントル遷移層の電気伝導度構造推定を行い、地震学的情報とは独立に遷移層の描像を明らかにすることを目的とする。なお、従来のような陸上観測データだけでなく、データ空白域とみなされてきた海底での磁場観測データも併せて活用する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、電離層起因の変動Sq場を磁場励起源（＝入力）とした電磁誘導法により、深さ400-650 ㎞ マントル遷移層を主なターゲットとして地下深部の電気伝
導度分布の推定を行い、地球マントルの構造およびそのダイナミクスについての情報を抽出することを目的としている。ここで電離層起因の入力項は、「大気
圏ー磁気圏結合モデル（GAIA）」と呼ばれる全地球大気のシミュレーションモデルを基におこなう。
R4年度は、前年度までに作成した各時間における全地表面での磁場モデル時系列データを周波数領域に変換し、3次元地球での周波数領域電磁誘導計算コードにソースとして入力して、地下電気伝導度構造による磁場応答を計算した。その出力結果を時系列に戻したものと、実際に世界中の定常磁場観測点での磁場時系列データを比較することで、尤もらしいマントル電気伝導度構造を推定した。具体的には、海洋と陸域の電気伝導度不均質のある表層とその下は1次元球殻成層モデルを仮定し、GAIAをソースとした電磁誘導方程式を複数のモデルに対して解くことで、世界中の71磁場観測点について各観測点に対して最も磁場データをよく説明する成層電気伝導度モデルをそれぞれ探索した。その結果、ヨーロッパでは、上部マントルで電気伝導度が0.1 S/mを超える高電気伝導のモデルが、北西太平洋では、0.01 S/m以下の低電気伝導モデルが有力であることがわかった。この違いは、沈み込むスラブによって輸送される水の量の差異であり、その差異の原因はスラブの温度の違いを反映していると考えられる。年齢の浅い比較的温かいプレートは水を深部まで運ぶことができず上部マントル中で脱水してしまうのに対し、古い冷たいプレートは深部まで運ぶことができたため、先述の上部マントル含水量の差異がみられたと考えられる。
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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
R4年度までに当初予定していたとおり、GAIAを用いた磁場データを入力とした3次元地球における電磁誘導計算と実際の磁場データとの比較をすることができ、マントル電気伝導度不均質の確認とその原因の考察をおこなうことができた。また、国際学会で当研究成果発表をおこなうことができ、海外の研究者らと議論を交わすことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
R5年度は、R4年度までの成果を踏まえ、3次元のマントル電気伝導度構造を推定する。具体的には、GAIAによる磁場入力データおよび実際の磁場観測点データを同じ時間帯のものを複数セット用意し、それらを入力とした3次元電気伝導度インバージョンを行う。得られた構造をもとにマントル構造に関する考察、特にスラブ沈み込みに伴う水輸送と脱水についての理解をおこなう。
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Report
(3 results)
Research Products
(2 results)
