Global water circulation in the Earth's interior: roles of the lower mantle on water strage and distribution

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04109
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 中久喜 伴益 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 助教 (10263667)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 沈み込み / 水輸送 / 地球深部 / マントル対流

Outline of Annual Research Achievements

本年度得られた研究成果は次のような３つである。１つ目は，円筒座標モデルを用いて２次元マントル対流で３次元球殻マントル対流モデルと同等な温度場が得られるかについて検証を行った。この結果，マントル対流の上面と底面における熱境界層の温度差はほぼ同等なものが得られることが分かった。しかしながら，その温度は僅かに異なり，円筒座標系の方が曲率の影響が大きいにもかかわらず，下面付近の水平速度が曲率により低下しないことが影響していることが明らかとなった。２つ目は円筒モデルと比較するために２次元矩形モデルによる長時間水輸送モデルの開発を行なった。円筒モデルと比較するため，沈み込み速度とマントル体積のスケーリングをおこない，現在のマントルの比に合わせるために，沈み込むプレート速度へのマントルの粘性層構造の影響を調べた。この結果，２次元矩形モデルでは数億年程度の長時間の水輸送計算が行えるようになった。３つ目は現在の沈み込み帯のテクトニクス，特に水が影響している背弧海盆形成のメカニズムについて研究を行なった。この研究の結果，多くの背弧海盆がスラブとマントル遷移層との相互作用を行うときに起こるスラブの後退が原動力となり，形成されていることが分かった。すなわち，背弧海盆を作る原動力が，アセノスフェアへの高温物質の貫入が原因あるとしても，スタグナントスラブ形成と同期させるメカニズムが必要である。これには，脱水の影響などを考えなくてはならないことが分かった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新型コロナ感染症対策のため，コード開発に関する情報収集を行うための出張ができなかったことにより，円筒座標系を用いた水輸送と沈み込み実現のためのサブモデル用コードの開発が遅れている。また，大学業務に置いて，オンライン対応のため時間が大幅に取られたため，研究時間を思うように取れなかったことが原因である。このため，後から行う予定であった２次元矩形モデルの開発を先に行なった。

Strategy for Future Research Activity

前項の理由により，遅れている当初の計画にあった円筒座標系による水輸送モデルを完成させるため，円筒座標用の水輸送・沈み込みサブモデルの開発に注力する。このモデルでは，粒子法や脱水は座標変換をした位相空間の中で計算するようにして，直交座標系のアルゴリズムがそのまま利用できるようにする。現在，このコードは古いFortranコードで書かれているので円筒座標系コードに合わせたコーディングに変換する。同時に円筒座標と位相空間の間の変換を行うコードを開発する。

Causes of Carryover

新型コロナ感染症対策で出張が憚られたことと，および学生との接触時間が少なくなって計算や可視化などの研究補助のための経費が使用できなかったことが原因である。
翌年度分として繰越した経費は，元の経費で導入予定だった計算結果の保存のためのストレージ装置の増強およびサーバーのメンテナンス用消耗品などの購入にに当てる予定である。元の経費の分は当初の計画通りの物品および旅費に加えて，昨年度の成果を論文として出版するための英文校正費および投稿料として使用する予定である。コロナ感染症の状況によっては，旅費の使用を取りやめ，ストレージ装置のさらなる増強に使用する。