2022 Fiscal Year Research-status Report
沈み込みスラブの熱伝導率の研究 -下部マントルの温度不均質構造の解明に向けて-
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20K04110
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
出倉 春彦 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 講師 (90700146)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 地球下部マントル / 熱伝導 / 第一原理計算 / 格子動力学 / 分子動力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球内部の温度は現在でも不確かな物理量の一つである。地球マントル内部の温度構造は主に2つの地球内部活動により形成されていると考えられている。一つ は，熱伝導による熱輸送が支配的である沈み込みスラブ由来によるもの，もう一つは，対流熱伝達が卓越するマントルの対流活動によるものである。スラブ・マ ントルの両者の鉱物組成ならびに熱輸送機構の違いを反映して，マントル内部は極めて不均質な温度構造が実現しているだろう。本研究では，高精度 な理論予測手法の一つとして知られる第一原理計算技術を駆使して，沈み込みスラブ上面の玄武岩組成層の構成鉱物および中・下面のパイロライト構成鉱物の格子熱伝導率を下部マントル条件で決定し，スラブの沈み込みに由来する下部マントルの温度不均質構造の制約を目指すものである。 当該年度は地球深部におけるMORBの主要構成鉱物の1つであるCaSiO3ペロブスカイト(CaPv)に対する第一原理計算を前年度に引き続き実施した。CaPvは低温相と高温相が知られている。低温相に対する第一原理計算により， 熱伝導率を決定するための格子動力学特性(格子 振動数・格子波の速度・比熱)および格子波-格子波相互作用強度を決定した。また，高温相の熱伝導率の決定のための第一原理分子動力学シミュレーションを実施し，慣用的な第一原理計算法では得ることが難しい温度依存フォノン特性を決定した。これらに加えて，パイロライト構成鉱物の1つであるフェロペリクレイスの格子熱伝導率を下部マントルの温度・圧力条件下で決定し，端成分の熱伝導率が鉄の固溶に伴い著しく減少することを見出した。
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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
当該年度では，スラブ構成鉱物の第一原理格子熱伝導率計算について，地球深部におけるMORBの主要構成鉱物の1つであるCaPvの熱伝導率決定のための計算が順調に進んだこと，ならびに，パイロライトの構成鉱物であるフェロペリクレイスの熱伝導率を下部マントル温度・圧力条件下で決定し学術論文として公表したこと，これらの理由から本課題はおおむね順調に進捗していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度も引き続きスラブ構成鉱物の熱伝導率の第一原理計算研究を推進する。CaSiO3の低温・高温相の熱伝導率の決定に加えて，アルミナス相の熱伝導率の第一原理非調和格子動力学計算に着手する。これらを通じて，沈み込みスラブの有効熱伝導度の決定とともに沈み込みスラブ由来の地球内部温度構造の理解の推進を目指す。
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