2015 Fiscal Year Annual Research Report
地球型惑星のマントル進化：３次元球殻モデルを用いた系統的数値シミュレーション
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25287110
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小河 正基 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (30194450)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳澤 孝寿 国立研究開発法人海洋研究開発機構, その他部局等, 主任研究員 (20359186)
宮腰 剛広 国立研究開発法人海洋研究開発機構, その他部局等, 主任研究員 (60435807)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | マントル対流 / 三次元球殻モデル / 水星 / スーパー地球 / マグマ移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、３次元球殻に於けるマントル熱対流の線形安定性解析と数値シミュレーションを行い、水星のマントル進化の二次元モデルを構築した。さらに、スーパー地球におけるマントル対流の様式の惑星サイズ依存性や、対流しつつある３次元マントルに於ける流体（マグマ）の浸透流による移動の数値シミュレーションに着手した。
（１）３次元球殻の熱対流での解析では、粘性率の強い温度依存性を考慮して、様々なサイズのコアからの加熱により対流が起こるための条件である臨界レイリー数を求めた。この結果、月や水星のマントルのレイリー数はこの臨界値以下、火星では臨界値と同程度、金星と地球では臨界値を超えている事を示し、さらに臨界値より上でリソスフェアが発達する条件を数値シミュレーションにより明らかにした。
（２）水星のマントル進化の二次元モデリングにおいては、その観測された火山活動史と整合的なモデルを開発する事に成功した。ただし、このモデルの特徴としてマントル対流による水星のコアの冷却率が大きく、観測された水星の熱収縮から推定される水星内部の熱史とモデルを合わせる事が困難である事がわかった。
（３）マグマの移動を含むマントル３次元対流の数値モデリングでは、浸透流によるマグマの移動を数値不安定を起こす事なく計算する事に成功した。
（４）スーパー地球のマントル対流の数値シミュレーションでは、これまでの研究で地球の10倍の質量を持つ惑星で断熱圧縮の効果がマントル対流を顕著に弱める事を示したが、今回この断熱圧縮の効果は地球の6倍以上の質量を持つスーパー地球で顕著である事を見いだした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
球殻における固体マントルの熱対流および固体マントル中のマグマの浸透流による移動の三次元数値シミュレーションに成功した点では研究は順調に進展しているが、プレートテクトニクスの三次元モデル化が、数値計算上の困難（数値不安定の発生）のため思うように進展していない。
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| Strategy for Future Research Activity |
第一に、対流しつつある固体マントル中で浸透流によりマグマがマントルから分離するための条件を系統的なパラメーターサーチにより明らかにする。その上で、マントル湧昇域における圧力低下によるマグマ生成過程をこのモデルに組み込み火成活動の三次元モデルを完成させ、本研究においてこれまでの二次元モデルで発見した火成活動マントル湧昇流フィードバックが三次元対流で起きるかどうかを検証する。
第二に、遅れているプレートテクトニクスの三次元数値モデル化の推進に取り組む。このために、これまでの研究で経験した数値不安定を押さえるため様々なタイプの数値的な人工拡散を導入する。
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| Causes of Carryover |
３次元球殻における熱対流の数値シミュレーションの成果を取りまとめた論文を投稿し、この論文投稿料として予算を計上していたが、査読作業が予想外に時間を取り、年度内に出版されなかったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
論文の改訂作業は順調に進んでおり、次年度受理される事は明らかとなった。この投稿料として次年度この額を使用する。
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Research Products
(8 results)
