Study of folding of deep mantle rocks by seismic array analyses

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K03726
• 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: Kyushu University
• Principal Investigator: Kaneshima Satoshi 九州大学, 理学研究院, 教授 (80202018)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 深部マント / 化学組成不均質 / 地震波散乱 / 地震計アレイ / 海洋地殻玄武岩 / マントル対流 / マントル・プルーム

Outline of Final Research Achievements

We observed S-to-P waves generated at the lower mantle scatterers near the Samoan hotspot. The geometry of the scatterers is a steeply dipping sheet-like structure with the thickness less than several kilometers. The observation shows that blobs of recycled former oceanic crust subducting to the bottom of mantle are entrained into a plume and stretched vertically to a significant degree.
We also show evidence for the presence of compositional heterogeneities at 10 km scale in the convective upper mantle below the circum-Pacific subduction zones. The signals arise mainly from S-to-P scattering in the mantle below the foci. The scattering theory for randomly heterogeneous media shows that the observations are matched by 5 to 10 km-scale density and rigidity anomalies that diminish below about 400 km depth. The rigidity anomaly is of the same sign and nearly twice as large as the density anomaly. These observations are consistent with basalt embedded in depleted mantle.

Free Research Field

固体地球物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究のテーマは喫緊の社会的課題に対応するものではない。一方、本研究の学術的意義は、地球史を通したマントル内の物質循環についてこれまで無かった観測的制約を与えようとする点にある。火山岩の地球化学的分析によるマントル不均質像と、マントル対流のダイナミクス・モデルは統合的に理解された上で地球物理学的観測との比較検討を受ける必要がある。マントル物質循環においては、大規模な構造だけではなく微小なスケールの現象を理解することの重要性が正しく認識される様になってきた現状に鑑みると観測の立場からも可能な限り小さいスケールの構造を明らかにする必要がある。