2013 Fiscal Year Research-status Report
沈み込み帯熱水循環の数値モデリング：地震発生帯の温度圧力条件の推定に向けて
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25800246
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
川田 佳史 東京大学, 地震研究所, 特任研究員 (50402558)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 熱水循環 / 沈み込み帯 / 地殻熱流量 / 日本海溝 / 南海トラフ |
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| Research Abstract |
本年度は、主に沈み込み帯の最上部の透水層で起こる熱水循環の力学的な側面についての研究（モデル開発及び数値計算）を行った。
１）日本海溝海側で観測された熱流量異常を説明するための熱モデルを構築した。本研究では、割れ目の形成によりプレート最上部に元々存在する透水層（水を通しやすい層）が、海嶺軸に向かって厚くなると仮定した。この描像は地震波構造探査により示唆されている。計算の結果、厚くなる透水層下部の熱が汲み上げられ、海底面で熱流量が高くなることが分かった。日本海溝で観測されている高い熱流量異常のうち、数十km以上のスケールのものについて、この効果で説明できる。パラメータサーチにより、熱流量異常の大きさが浸透率の大きさ（つまりは対流の強さ）に依存しないという意外な結果が得られた。
２）沈み込んだ後の透水層内で起こる熱水循環が海溝軸近傍に熱流量異常を引き起こすとの既存研究がある。しかしこの研究は、対流を物理的根拠がやや薄いパラメータ化で表現している。そこで、熱対流の物理的描像を明らかにするために、透水層内の熱対流を含む、沈み込み帯の熱モデルを構築した。予備的計算により、既存の経験的パラメータ化は、対流の特徴のすべてを説明するのは難しいとの結果が得られた。
３）南海トラフで観測された熱流量異常の東西コントラストを説明するために、トラフ底の東西断面を模擬した計算領域に東西の熱コントラストを与えた計算を行った。浸透率が小さい場合、小さい対流セルが形成して熱を上向きに運ぶだけで、海底での熱流量は下から与えた熱流量と同じパターンである。浸透率が大きい場合、対流セルが連結して横長のセルとなり、観測で得られたような、熱流量がゆるやかに変化するパターンが得られた。
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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
・本年度は、１）本計画全体におけるメインテーマの一つである、透水層厚化にともなう熱の汲み上げについてのモデル化を行い、この系の理解を格段に深めることができた。
・また、２）沈み込んだ後のプレートで起こる熱水循環のモデルや、３）これまであまり注意が払わてれなかった東西方向を扱うモデルを構築することができた。さらに、予備的段階の計算ながら、３次元のモデル構築も行いつつある。
・本年度は、当初２年目に扱う予定としていた状態方程式の構築を進めた。その反面、１年目で扱う予定だった割れ目のダイナミクスについては、割れ目を作る部分のコーディングはできているが、当初の目標であった、割れ目進展と水循環との相互作用を計算する所までは進んでいない。
以上を総合的に判断すると、現代階の進展は、全体としては当初の予定通りといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究を進展する順序に若干の変更があったため、以下のように研究をすすめる。
・割れ目ダイナミクスについては引き続きコード開発を進め、割れ目進展と水循環の相互作用を扱うためのモデル構築を目指す。この項目については２年目のメインの研究とはせず、最終年度の課題とする。
・熱輸送と化学反応との相互作用を理解するために、沸騰等の化学反応を考慮した計算を行う。これは、当初の計画通りである。単体として開発してある状態方程式を、熱対流モデルへと組み込む。初年度に状態方程式がある程度できているため、若干のアドバンテージを持っている状態である。
・２）の沈み込んだ後のプレートで起こる熱水循環について、物理的描像を明らかにするとともに、南海トラフの熱流量異常への応用をはかる。この研究については、２年目内での投稿を目指す。３）の東西方向の循環についても、同様に、年度内の論文投稿を目指す。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度は、年度後半に複数回の研究観測航海が集中したことにより、当初予定していた国際学会の出席を取りやめることとした。一方、次年度当初に導入しようとしていた大容量ハードディスクの導入を本年度に行った。このため、差し引きの結果として、助成金の一部の１０万円ほどをを繰り越すこととなった。
本年度は、国際学会に複数回参加することを検討している。このほか、当初の計画通り、論文発表および論文英文校閲、および消耗品（データを保存するためのハードディスク等）に助成金を使用する予定である。
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