| 研究課題/領域番号 |
22K03765
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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 | 国立研究開発法人海洋研究開発機構 |
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研究代表者 |
川田 佳史 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋機能利用部門(海底資源センター), 臨時研究補助員 (50402558)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2024年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
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| キーワード | 海底火山 / 熱水循環 / 水循環 / 沈み込み帯 / 数値計算 / 海底熱水循環 / 太平洋プレート / 地殻熱流量 / 数値計算法 / 有限要素法 / 有限差分法 / 陽解法 / プチスポット / 熱水変質作用 / 地震発生帯 / 数値シミュレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
沈み込み帯の地震発生帯の振る舞いは断層の摩擦特性に影響される。摩擦特性を変える要素のひとつに地殻内の水がある。水は流れることが重要である。というのも、水循環は海底地殻を変質させるからである。日本海溝のような古い海底地殻では、降り積もった堆積物のために地殻内部と海とのつながりは絶たれるため、水循環は活発ではないとされてきた。しかし、最近見つかったプチスポットと呼ばれる新しい火山群の存在は、水循環を復活させるという意味でこの描像を一変させた。本研究では、プチスポット火山群を流れる水循環および水循環が引き起こす変質作用の数値モデリングを行い、沈み込み帯の近傍の水循環の全体像を掴むことを目標とする。
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| 研究実績の概要 |
本研究が対象とするのはプチスポットと呼ばれる新しいタイプの海底火山を通した水循環である．プチスポットは古い海洋プレートが沈み込む直前に新たに形成した海底火山で，プレート年代と火山の年代が大きく異なり，海底火山としては小型かつ密集していることも特徴である．これまで海洋プレートともに生まれた海底火山の中を流れる水循環を研究した例はあるが，小さく密集した海底火山の中を流れる水循環の例はない．他方．プチスポットの周辺での地殻熱流量の観測が進められており，計算との比較によって循環構造を明らかにできる可能性がある．
今年度は，海底から突き出した２つの小さな海山の間の距離をパラメータとした数値計算を行い，距離に応じて特徴的な流れ構造を有することを明らかにした．海底から突き出した部分の直径は0.5kmとした．その他の状況は東北日本を想定したものとした．なお，一連の計算では，山と山との間の流れを初期状態として人為的に作ることは行っていない．主な計算結果は以下の通りである．山が1km程度に近接している場合，一方の山から流入した海水がそのままもう一つの山から湧出する流れが生じる．山の距離が2km程度に離れると，個々の山の中で閉じた流れが重要になってくる．一方，山と山の間をつなぐ流れは存在し続ける．２つの山が面する場所で，一方の山から流入，もう一方の山から湧出となる．流れは「同相」となる．山の距離が3km程度に離れると，流れ自体は個々の山で閉じるようになるが，循環パターンは「同相」になる傾向があり，複数海山の影響は依然残ることが示唆される．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
ここまで行ってきた計算により，複数海山の系における最も本質的な循環パターンについて明らかにすることができたと考えられる．すなわち，山の間の距離が離れるほど，山と山の間の流れに対して個々の山の中の流れの重要度が系統的に小さくなることがわかった．距離が非常に小さい場合，一方の山は流入のみ，もう一方の山は流出のみとなる．距離が少し離れた場合，個々の山で閉じた流れが生じる．プチスポットにおける熱流量観測からは，これらの循環が推定されている．
数値計算の観点からは，流れには一般に多重解が存在することに注意する必要がある．先行研究には，本研究が考慮したよりもサイズの大きい海山の系であるが，適当な初期状態を考慮すると50km離れた山の間の流れが形成するという計算例もある．また，今年度の計算では，陽解法を用いていない．これは，計算を行うための最適なパラメータの選択に課題があるためである．今後，これらの点を考慮することが必要となる．加えて，山体内部で起こる変質作用を数値計算に組み込むことについては検討段階にとどまっている．このため，研究の新着はやや遅れていると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
来年度は最終年度であるが，優先度の高い計算として，幾何学的設定を変えた計算の追加を行うことが挙げられる．これに関連した課題として，大きさの異なる２つの山を考えた場合，３つ以上の山が存在する場合について，さらに組織的な計算（パラメータサーチによる解の分類）を行うことを計画している．また，初期条件に依存した多重解の形成について，本年度の計算で山と山との間の流れが弱い場合について考察を進めたい．また，陽解法を安定して行うためのパラメータ選択および数値メッシュの選択についても検討を行うことを計画している．その他，熱水循環にともなう低温の化学反応を考慮した計算を計画している．これは，流れとはほぼ独立して行える過程と，流れをの相互作用を考慮する必要がある過程があり．前者から進める．以上の計算の中から，最終年度中に論文の投稿を進めたい．
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