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

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04109
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Nakakuki Tomoeki 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: マントル対流 / 水圏・固体地球相互作用 / 水輸送 / 沈み込み帯 / 含水率 / 下部マントル / マントル遷移層

Outline of Final Research Achievements

Understanding the water circulation between the Earth's interior and the hydrosphere over long periods of Earth history is one of the most important issues in geoscience. In this study, we developed a numerical model that can correctly evaluate water transport to the Earth's interior including dehydration and mixing processes. The depth distribution of the water content is calculated using a two-dimensional cylindrical model. The results suggest that maximum water content of the lower mantle less than that of the upper mantle slab and amount of water transported by the subducted slab is smaller than that simulated in the model. In order to more precisely estimate the water transport by the plate subduction, we constructed a two-dimensional numerical model of an integrated plate-mantle convection system in a rectangular box in which stable subduction rate is realized.

Free Research Field

固体地球物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

地球表面の環境が安定し，生物が繁栄することができたのは，海が常に存在してきたからである。実際海水量の変動は太古より現在まで大変小さい。地球のマントルを構成する岩石は大量の水を保持することができることが分かってきたが，一方でマントルはまだ満水状態とは程遠いことが知られている。なぜ，海水はマントルに吸収されてしまわないのだろうか？この問いに答えるため，水圏とマントルの間の水循環を計算できるモデルの構築を試みた。その結果，マントル対流による水の混合が重要なことや沈み込み帯から吸収される水がこれまでの予想よりも小さい方が整合的であることが分かった。