2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K05547
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
中川 貴司 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 数理科学・先端技術研究分野, 主任研究員 (50396941)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | プレートテクトニクス / 気候変動 / 炭素循環 / 水循環 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は、含水マントル対流によるプレートテクトニクスによる海洋の維持機構メカニズムの解明と地球放射に関する理論モデルを用いたエネルギーバランスモデルの構築とそのモデルを用いて、マントル脱ガスとケイ酸塩風化で記載される炭素循環による表層気候進化への影響について研究を行った．その結果として、プレートテクトニクスとマントル物質の流動特性の含水率依存性の影響により、マントルが効率的に冷却され、沈み込むスラブがさらに効率的に海水をマントル遷移層に持ち込むことでマントル含水率が急激に上昇する物理メカニズムを明らかにした．その結果、プレートテクトニクスによる海洋の維持機構に関して、マントルと表層環境が持ちうる水の総量が重要なファクターとなることも明らかにした．現在の海洋質量を保つためには、少なくとも4-5海洋質量以上の水を地球形成時に原始地球が保つ必要があり、その結果として、地球マントルは４海洋質量以上水を持っていないと現在の海水量が説明できない．また、含水マントル対流モデル中に炭素分配の影響を考慮し、炭素脱ガスを計算し、その計算データを気候進化エネルギーバランスに用いたモデリングにより、地球表層において、過去数十億年間に複数回の全球凍結現象がおきうる可能性を指摘することができた．これらの成果が得られたことにより、惑星深部ー表層環境間の共進化過程の理解に必要な物理・化学過程を解明するための基盤モデル開発を完了させた．
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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
マントル脱ガスを媒介パラメータとして、惑星深部ー表層環境共進化モデルの開発に成功した．特に表層環境進化については、太陽ー地球間における複雑な放射対流平衡過程に関するパラメータを用いることができ、その結果として、表層気候進化について、過去数十億年の複数回の全球凍結状態がモデルから期待され、地質データから復元された気候変動のメカニズムについて、惑星深部の活発な活動の影響の重要性を明らかにした．また、含水マントル対流系において、地球表層にある海水量とその寿命について、惑星形成時に輸送された水の量が鍵であることを明らかにし、この点からも惑星深部ー表層気候進化の相互作用を理解するためには、惑星深部の活発な活動の影響が重要であることも指摘することができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、さらなる研究の発展に向けて、１．海洋ー大気間の炭素分配過程を炭素循環モデルの導入を行うために、その定式化を行い、海洋地殻物質に取り込める炭素量をパラメータにすることで、大気中の二酸化炭素分圧と海洋地殻が持ちうる炭素量の相関関係を見出し、惑星深部ー表層間の炭素循環モデルの高度化を行う．そこで得られた二酸化炭素分圧を用いて、平成29年度の研究成果で得られた過去数十億年に複数回の全球凍結現象が期待される結果に、海洋ー大気間の炭素分配の影響ならびに海洋地殻における炭素許容量の影響を明らかにする．２．大気海洋組成変動に伴う気候進化エネルギーバランスモデルから計算される表面温度をマントル対流の表面境界条件として用いることで、10億年スケールにわたる気候変動とプレートテクトニクス発現の関連性の解明に繋がるモデルの研究開発を行うことで、惑星深部ー気候変動の相互作用の解明を行う．これらの進展によって、プレートテクトニクスを持つ惑星に特徴的な表層気候と地球の表層気候進化を比較することが可能となる．その結果、地球がほかの太陽系の岩石惑星と違いプレートテクトニクスと温暖気候を持つ物理メカニズムの解明を行う．
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