数値モデルを用いた超大陸サイクルとマントル対流の熱的・力学的相互作用の解明

• 研究課題/領域番号: 23340132
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 固体地球惑星物理学
• 研究機関: 独立行政法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 吉田 晶樹 独立行政法人海洋研究開発機構, 地球内部ダイナミクス領域, 主任研究員 (00371716)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2013年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2012年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2011年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
• キーワード: マントル対流 / 数値シミュレーション / 超大陸 / 大陸リソスフェア / パンゲア / プルーム / 超大陸サイクル / 大陸移動 / 降伏応力 / クラトン / 変動帯 / 粘性率 / 造山帯 / 三次元 / 地球史

研究概要

本研究では、大陸リソスフェアを考慮した三次元球殻マントル対流の数値シミュレーションを行った。その結果、予めマントルの表層に設定した高粘性の超大陸が分裂した後、それぞれの大陸が移動し、やがて計算開始から約6億年後に、それらの大陸が再び一つに集まって新しい超大陸が形成された。この結果は、実際の地球に近い大陸移動の様子（つまり、超大陸サイクル）を計算機の中で再現できたことを意味する。また、超大陸サイクルの原動力が、マントルの熱対流運動のみならず、大陸プレート周辺の海洋プレートを含む地球上の全プレートが複雑に相互運動することによって生まれるプレート境界力であることも分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Formation of a future supercontinent through plate motion–driven flow coupled with mantle downwelling flow (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 雑誌名: Geology 巻: 44 号: 9 ページ: 755-758
  • DOI: 10.1130/g38025.1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conjecture with water and rheological control for subducting slab in the mantle transition zone (2015)
  • 著者名/発表者名: Tajima F., Masaki Yoshida, Eiji Ohtani
  • 雑誌名: Geoscience Frontiers 巻: 6 号: 1 ページ: 79-93
  • DOI: 10.1016/j.gsf.2013.12.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of various lithospheric yield stress and different mantle-heating mode in the breakup of the Pangea supercontinent (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: (in press) 号: 9 ページ: 3060-3067
  • DOI: 10.1002/2014gl060023
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new conceptual model for whole mantle convection and the origin of hotspot plumes (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 雑誌名: Journal of Geodynamics 巻: 78 ページ: 32-41
  • DOI: 10.1016/j.jog.2014.04.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Geodynamic modeling of the South Pacific superswell (2014)
  • 著者名/発表者名: Claudia Adam, Masaki Yoshida, Daisuke Suetsugu, Yoshio Fukao, and Cecilia Cadio
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 229 ページ: 24-39
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2013.12.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mantle convection modeling of the supercontinent cycle : Introversion, extroversion, or a combination? (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida and M. Santosh
  • 雑誌名: Geoscience Frontiers 巻: 5(1) 号: 1 ページ: 77-81
  • DOI: 10.1016/j.gsf.2013.06.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] The role of harzburgite layers in the morphology of subducting plates and the behavior of oceanic crustal layers (2013)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 40(20) 号: 20 ページ: 5387-5392
  • DOI: 10.1002/2013gl057578
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the possibility of a folded crustal layer stored in the hydrous mantle transition zone (2013)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida and Fumiko Tajima
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 219 ページ: 34-48
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2013.03.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional visualization of numerically simulated, present-day global mantle flow (2013)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 雑誌名: Journal of Visualization 巻: 16(2) 号: 2 ページ: 163-171
  • DOI: 10.1007/s12650-013-0160-7
  • NAID: 10031166516
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mantle temperature under drifting deformable continents during the supercontinent cycle (2013)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 40(4) 号: 4 ページ: 681-686
  • DOI: 10.1002/grl.50151
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mantle dynamics and characteristics of the Azores plateau (2013)
  • 著者名/発表者名: Claudia Adam, Pedro Madureira, Jorge M. Miranda, Nuno Lourenco, Masaki Yoshida, and Delphine Fitzenz
  • 雑誌名: Earth and Planetary Science Letters 巻: 362 ページ: 258-271
  • DOI: 10.1016/j.epsl.2012.11.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plume's buoyancy and heat fluxes from the deep mantle estimated by an instantaneous mantle flow simulation based on the S40RTS global seismic tomography model (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 210-211 ページ: 63-74
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2012.08.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] The 3D numerical modeling of subduction dynamics : Plate stagnation and segmentation, and crustal advection in the wet mantle transition zone (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Yoshida, F.Tajima, S.Honda, M.Morishige
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 117 号: B4
  • DOI: 10.1029/2011jb008989
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic role of the rheological contrast between cratonic and oceanic lithospheres in the longevity of cratonic lithosphere : A three-dimensional numerical study (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 雑誌名: Tectonophysics 巻: 532-535 ページ: 156-166
  • DOI: 10.1016/j.tecto.2012.01.029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Future supercontinent assembled in the northern hemisphere (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida and M. Santosh
  • 雑誌名: Terra Nova 巻: 23(5) 号: 5 ページ: 333-338
  • DOI: 10.1111/j.1365-3121.2011.01018.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Supercontinents, mantle dynamics and plate tectonics : A perspective based on conceptual vs.numerical models (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Yoshida, M.Santosh
  • 雑誌名: Earth-Science Reviews 巻: 105 号: 1-2 ページ: 1-24
  • DOI: 10.1016/j.earscirev.2010.12.002
  • 査読あり
• [学会発表] Mantle dynamics and seafloor subsidence (2013)
  • 著者名/発表者名: Claudia Adam, Valérie Vidal, Scott D. King, André Jalobeanu, Masaki Yoshida, Michel Rabinowicz, and Anne Briais
  • 学会等名: 2013 Fall Meeting, Moscone Convention Center
  • 発表場所: San Francisco, CA
  • 年月日: 2013-12-11
• [学会発表] ハルツバーガイト層が沈み込むプレートの形態と海洋地殻層の挙動に及ぼす影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹
  • 学会等名: 日本地震学会 2013年秋季大会,神奈川県民ホール・産業貿易センター
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2013-10-08
• [学会発表] Thermal heterogeneity of the mantle under drifting deformable continents during the supercontinent cycle (2013)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 学会等名: IAHS-IAPSO-IASPEI Joint Assembly, Svenska Mässan (The Swedish Exhibition & Congress Centre)
  • 発表場所: Gothenburg, Sweden
  • 年月日: 2013-07-24
• [学会発表] マントル対流の三次元数値シミュレーションによる大陸移動メカニズムの解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹
  • 学会等名: 平成 24年度業績表彰講演会
  • 発表場所: JAMSTEC 横須賀本部
  • 年月日: 2013-07-19
• [学会発表] 三次元球殻モデルを用いた超大陸サイクルを伴うマントル対流の数値シミュレーション (Numerical simulations of mantle convection with the supercontinent cycle using a 3D spherical-shell model) (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉
  • 年月日: 2013-05-24
• [学会発表] Numerical simulations of mantle convection with continental drift and plate motion (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹
  • 学会等名: 平成 24年度地球内部ダイナミクス領域研究報告会
  • 発表場所: JAMSTEC 横須賀本部
  • 年月日: 2013-04-25
• [学会発表] Mantle temperature under drifting deformable continents during the supercontinent cycle (2013)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 学会等名: European Geosciences Union General Assembly 2013
  • 発表場所: Austria Center Vienna, Wein, Austria
  • 年月日: 2013-04-09
• [学会発表] Mantle dynamics and characteristics of the Azores plateau (2012)
  • 著者名/発表者名: Claudia Adam, Pedro Madureira, Jorge M. Miranda, Nuno Lourenco, Masaki Yoshida, and Delphine D. Fitzenz
  • 学会等名: AGU 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Convention Center, San Francisco, CA
  • 年月日: 2012-12-07
• [学会発表] Exploring effects of lateral viscosity variations on the geoid undulation and dynamic topography at different wavelengths (2012)
  • 著者名/発表者名: Meysam Shahraki, Harro Schmeling, and Masaki Yoshida, and Herbert Wallner
  • 学会等名: AGU 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Convention Center, San Francisco, CA
  • 年月日: 2012-12-04
• [学会発表] Conjecture with water and slab dynamics simulation (2012)
  • 著者名/発表者名: Fumiko Tajima, and Masaki Yoshida
  • 学会等名: AGU 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Convention Center, San Francisco, CA
  • 年月日: 2012-12-04
• [学会発表] 大陸リソスフェアの安定性における低粘性大陸縁辺域の動力学的役割- 三次元マントル対流モデル - (Dynamic role of the weak continental margin on the stability of continental lithosphere : A 3D mantle convection model) (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場 , 千葉
  • 年月日: 2012-05-23
• [学会発表] 3D numerical modeling of subduction dynamics : plate stagnation and segmentation, and crustal advection in the mantle transition zone (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida and Fumiko Tajima
  • 学会等名: European Geosciences Union General Assembly 2012
  • 発表場所: Austria Center Vienna, Wein, Austria
  • 年月日: 2012-04-27
• [学会発表] Mantle dynamics and volcanism emplacement in the Azores (2012)
  • 著者名/発表者名: Claudia Adam, Nuno Lourenco, Pedro Madureira, Jorge M. Miranda, and Masaki Yoshida
  • 学会等名: European Geosciences Union General Assembly 2012
  • 発表場所: Austria Center Vienna, Wein, Austria
  • 年月日: 2012-04-23
• [学会発表] マントル遷移層における海洋地殻の三次元的挙動 : 新しい数値計算モデルによる予備的研究(H23 客員教員成果報告) (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹, 田島 文子, 本多 了, 森重学
  • 学会等名: 第900回地震研究所談話会
  • 発表場所: 東京大学地震研究所
  • 年月日: 2011-12-16
• [学会発表] Variation of seismic velocity structure around the mantle transition zone and conjecture of deep water transport by subducted slabs (2011)
  • 著者名/発表者名: Fumiko Tajima, Simon C. Stahler, Eiji Ohtani, Masaki Yoshida, Karin Sigloch
  • 学会等名: AGU 2011 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Convention Center, San Francisco, CA
  • 年月日: 2011-12-07
• [学会発表] Geoid and dynamic topographic anomalies : A three-dimensional model with strongly variable viscosity (2011)
  • 著者名/発表者名: Meysam Shahraki, Harro Schmeling, and Masaki Yoshida
  • 学会等名: AGU 2011 Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Convention Center, San Francisco, CA
  • 年月日: 2011-12-05
• [学会発表] マントル遷移層における海洋プレートと海洋地殻の三次元的挙動 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹, 田島 文子, 本多 了, 森重学
  • 学会等名: 日本地震学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 静岡県コンベンションアーツセンター・グランシップ,静岡
  • 年月日: 2011-10-12
• [学会発表] Origin of the South Pacific superswell constrained by tomographic models (2011)
  • 著者名/発表者名: Claudia Adam, Masaki Yoshida, Daisuke Suetsugu, Yoshio Fukao
  • 学会等名: Institute on the Lithosphere Asthenosphere Boundary
  • 発表場所: Portland, OR.
  • 年月日: 2011-09-19
• [学会発表] ントル対流と超大陸サイクルの相互作用を解明するための新しい三次元球殻数値シミュレーションモデルの開発とシミュレーション結果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹
  • 学会等名: 平成 23年度上半期中堅・若手職員講演会
  • 発表場所: JAMSTEC 横須賀本部
  • 年月日: 2011-09-02
• [学会発表] A numerical model of three-dimensional mantle convection with long-lived continental lithosphere (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 学会等名: XXV IUGG General Assembly, JS05/JV04-140
  • 発表場所: Melbourne Convention & Exhibition Centre, Melbourne, Australia
  • 年月日: 2011-07-01
• [学会発表] A numerical model of three-dimensional mantle convection with long-lived continental lithosphere (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Yoshida
  • 学会等名: XXV IUGG General Assembly
  • 発表場所: メルボルン国際会議場、オーストラリア
  • 年月日: 2011-07-01
• [学会発表] 時間的に安定な大陸リソスフェアが考慮された三次元マントル対流の数値シミュレーションモデル (A numerical model of three-dimensional mantle convection with long-lived cratonic lithosphere) (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 2011年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場 , 千葉
  • 年月日: 2011-05-23
• [学会発表] 時間的に安定な大陸リソスフェアが考慮された三次元マントル対流の数値シミュレーションモデル (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Yoshida
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場、千葉
  • 年月日: 2011-05-23
• [学会発表] Numerical simulation of mantle convection with continental lithosphere (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田 晶樹
  • 学会等名: 平成 22年度地球内部ダイナミクス領域研究報告会
  • 発表場所: JAMSTEC 横浜研究所
  • 年月日: 2011-04-20
• [学会発表] Future supercontinent assembled in the northern hemisphere : Insight from a numerical model of mantle convection (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 学会等名: European Geosciences Union General Assembly 2011
  • 発表場所: Austria Center Vienna, Wein, Austria
  • 年月日: 2011-04-08
• [学会発表] Future supercontinent assembled in the northern hemisphere : Insight from a numerical model of mantle convection (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Yoshida
  • 学会等名: European Geosciences Union General Assembly 2011
  • 発表場所: ウィーン国際会議場、オーストリア
  • 年月日: 2011-04-08
• [学会発表] Mantle temperature under drifting deformable continents during the supercontinent cycle
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 学会等名: European Geosciences Union General Assembly 2013
  • 発表場所: Austria Center Vienna, Wein
• [学会発表] 三次元球殻モデルを用いた超大陸サイクルを伴うマントル対流の数値シミュレーション
  • 著者名/発表者名: 吉田晶樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場、千葉
• [学会発表] Thermal heterogeneity of the mantle under drifting deformable continents during the supercontinent cycle
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 学会等名: IAHS-IAPSO-IASPEI Joint Assembly
  • 発表場所: Svenska Massan (The Swedish Exhibition & Congress Centre）, Gothenburg
• [学会発表] 3D numerical modeling of subduction dynamics: plate stagnation and segmentation, and crustal advection in the mantle transition zone
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 学会等名: European Geosciences Union General Assembly 2012
  • 発表場所: Austlia Center Vienna, Wein, Austlia
• [学会発表] Mantle dynamics and volcanism emplacement in the Azores
  • 著者名/発表者名: Claudia Adam
  • 学会等名: European Geosciences Union General Assembly 2012
  • 発表場所: Austlia Center Vienna, Wein, Austlia
• [学会発表] 大陸リソスフェアの安定性における低粘性大陸縁辺域の動力学的役割―三次元マントル対流モデル―
  • 著者名/発表者名: Masaki Yoshida
  • 学会等名: 本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場、千葉
• [学会発表] Conjecture with water and slab dynamics simulation
  • 著者名/発表者名: Fumiko Tajima
  • 学会等名: AGU 2012 Fall meeting
  • 発表場所: Moscone Convention Center, San Francisco, USA
• [学会発表] Exploring effects of lateral viscosity variations on the geoid undulation and dynamic topography at different wavelength
  • 著者名/発表者名: Meysam Shahraki
  • 学会等名: AGU 2012 Fall meeting
  • 発表場所: Moscone Convention Center, San Francisco, USA
• [学会発表] Mantle dynamics and characteristics of the Azores plateau
  • 著者名/発表者名: Claudia Adam
  • 学会等名: AGU 2012 Fall meeting
  • 発表場所: Moscone Convention Center, San Francisco, USA
• [備考] New Scientist (Reed Business Information Ltd.), 17 September 2011, Issue number 2830, p16, The next Pangaea will have pieces missing.(ウェブ記事)
• [備考] 『 53rd Science & Technology Week 』,「地球のマントル, 地下深くの流れ」 , 2012年3月 , 文部科学省 科学技術団体連合発行.(刊行物)
• [備考] JAMSTEC オリジナルカレンダー , 2013年度版 , 海洋研究開発機構発行.(刊行物)
• [備考] フジテレビ , 土曜プレミアム「池上彰スペシャル 世界が変わった日～あの震災から 1年～」 , 2012年3月10日(土)放送.(テレビ番組監修)
• [備考] NHK E テレ , NHK 高校講座「地学基礎 第20回 地球内部の動き」 , 2013年9月25日(水)放送.(テレビ番組・書籍への素材提供)
• [備考] 佐藤勝彦著 , 『気が遠くなる未来の宇宙のはなし』 , 宝島社 , 2013年刊行.(テレビ番組・書籍への素材提供)
• [備考] 吉田晶樹 ウェブページ
  • URL: http://yoshida-geophys.jp
• [備考]
  • URL: http://www.jamstec.go.jp/res/ress/myoshida/index.html