| 研究課題/領域番号 |
22K03749
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分17040:固体地球科学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
豊国 源知 東北大学, 理学研究科, 助教 (90626871)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2025年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | グリーンランド / 地震波トモグラフィー / 北極 / マントル / 大西洋中央海嶺 / 地震学 / プレート沈み込み / 地殻・マントル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
北極地域は広い海域や氷床に阻まれて地球物理学的観測が十分に行えず，他地域に比べ地下構造の研究が遅れていた．申請者はグリーンランド氷床上に世界初の地震観測網を構築し，維持を続けている．申請者らの最新の研究では，グリーンランド直下にホットプルームが発見されるなど，北極地域の地下の熱く動的な姿が明らかになりつつある．またグリーンランド氷床融解の一部は地熱が原因と考えられており，地下構造は海水準変動予測の上でも重要な鍵となる．研究では，様々な地震学的手法を駆使して高度な地下構造推定を行うことで，北極地域を起点とした地球内部ダイナミクスや地球進化史，地球環境変動の新たな理解を得ることを目指す．
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| 研究実績の概要 |
研究初年度である22年度は、北極域全域下のマントル構造を詳細に調べるための手法開発を行った。本課題代表者らはこれまで、グローバルトモグラフィー法の枠組みで、特定地域下の地下構造のみを高分解能で推定できるトモグラフィー手法の開発を行ってきた（＝グローバルマルチスケールトモグラフィー法）。しかし、通常の計算機性能では、グリッドを細かく置ける領域は、水平方向に地球中心角距離で30°×30°ほどの領域に制限されてしまい、北極域全域のような広い領域をカバーすることは難しかった。
そこで本課題代表者らは、対象地域を複数の小領域に分け、それぞれの小領域についてトモグラフィーを実施した後、各グリッドの周囲を通過する波線数を重みとした加重平均を取ることで、大領域下の高分解能な地下構造モデルを得る手法を開発した。各小領域では、グリッド配置の方向依存性や、波線の到来方向の偏り等によって、得られる地下構造モデルにもゆがみが生じる可能性があるが、本手法では、グリッド配置を変えた複数の小領域を重ね合わせることで、このようなゆがみを最小限に抑えることができる。この成果は23年6月に国際誌に投稿予定である。
また、北極地域の火山活動や大陸分裂の成因として重要な役割を担ってきたと考えられるプレート沈み込みに関連して、沈み込んだスラブ下に存在するマントル上昇流（subslab hot mantle upwelling；SHMU）の働きをトモグラフィーによって調べた。東南アジア地域下を例とした研究では、沈み込むオーストラリアスラブの穴を通して、SHMUが島弧マグマと混合している可能性が見いだされた。このような地域では、通常の島弧火山よりも強大な噴火をもたらす火山が存在することが知られており、本課題代表者らの結果はその成因を初めて明らかにした（Toyokuni et al., 2022, JGR）。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
22年度は、P波トモグラフィーを対象とした手法開発を行い、北極全域下の詳細なP波速度構造モデルを得た。得られた速度構造モデルは、北米大陸下に沈み込むファラロンスラブや、日本～東アジア地域下にスタグナントする太平洋スラブといった、既知のスラブ構造を明瞭に描き出したうえ、ロシア下に沈み込むイザナギスラブの形状を初めて詳細にイメージングすることに成功した。さらに、カナダ～グリーンランド下のマントル遷移層付近には、ファラロンスラブとイザナギスラブとの境界をなす海嶺部分の沈み込みに相当すると考えられる高速度域が、水平距離数千kmにわたってスタグナントしている様子が見いだされた。
北極地域下のスタグナントスラブの上では、沈み込みに伴うマントルのリターンフローが生成されるなど、いわゆる「ビッグマントルウエッジ」が形成されていると考えられることから、グリーンランドとカナダの分裂や、その後に生じたグリーンランド西部の火成活動を統一的に説明することが可能である。このように、22年度の成果はP波のみに基づくものであるが、北極地域の大規模な陸地分裂や火山活動を駆動する動力源を初めて説明するモデルを提案でき、本課題はおおむね順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
23年度以降は、地震波干渉法を用いて常時微動から表面波の波形を抽出する。先行研究では観測波形の上下動成分のみが用いられていたため、抽出された表面波はレイリー波のみであった。本課題では3成分全てを用いることでラブ波波形の抽出を行う。またレシーバー関数解析でモホ面深さの分布を求める。2種類の波形とモホ面の情報を統合して表面波トモグラフィーを行うことで、地殻と最上部マントルの高分解能なS波速度構造モデルを得る予定である。
また人工知能で読み取った大量のP波・S波到着時刻データを用いた実体波走時トモグラフィーで、高分解能な3次元P波・S波速度構造モデルを得る予定である。先行研究では主に手動読み取りによるデータが用いられていたため、読み取りが難しいS波の解析は行われていなかった。本研究では世界初のS波速度（Vs）構造モデルを構築し、P波速度構造（Vp）モデルも高度化することで、地下の液体や高温地域に感度が高いポアソン比やVp/Vsといった物理量の3次元分布を得る。
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