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地球深部の水循環と大規模物質不均質構造の形成に関する数値モデリング

公募研究

研究領域地殻流体: その実態と沈み込み変動への役割
研究課題/領域番号 24109704
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関広島大学

研究代表者

中久喜 伴益  広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (10263667)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2013年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2012年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード固体地球物理学 / 地球・惑星内部構造 / 地球ダイナミクス / マントル対流 / 水循環 / 沈み込み帯 / 水輸送 / マントル不均質 / スラブ / プルーム
研究概要

本研究では、プレート運動が自発的に内部で実現されるマントル対流モデルを用いて地球深部への水輸送と下部マントルでの水循環について研究し、下部マントルに見られる大規模不均質構造が水輸送と関連があるか否かについて明らかにするのが目標であった。
これらの課題について、以下のような成果が得られた。(1) マントル遷移層への水輸送を決める重要な要素は蛇紋岩の強度である。沈み込み帯の低角逆断層と同程度、あるいは弱い強度の時、火山フロントと整合的な水輸送様式となる。(2) 上部マントルと下部マントルの境界おける水輸送メカニズムについて明らかにした。下部マントへの固体の引きずり込みと脱水の繰り返しが下部マントルへの水輸送量を決めるのに重要であることを示した。(3) 下部マントルの水含有能力と水輸送量の関係を見積もった。その結果、上部マントルと下部マントルの水含有能力の比率の5倍程度多い水が下部マントルへ輸送されることが分かった。(4) 下部マントルの水含有能力が小さいとき、水に飽和した層が660km相境界に形成されルことが分かった。(5) 660km相境界上の水に飽和した層はプルームとして上昇し、背弧側の火成活動やリソスフェアのダイナミクスに大きな影響を与えることが分かった。(6) 下部マントルの水含有能力が小さいとき、水はマントル対流により受動的に混合されるが、海洋プレート側の方が水平方向の流れが速いため、横方向に広く分布することが予測された。大陸側では、下部マントルがよどみやすく、一カ所にまとまって分布するようになるため、水を含有した部分が地表まで戻る時間が短いことが分かった。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Rheological decoupling at the Moho and implication to Venusian tectonics2014

    • 著者名/発表者名
      Azuma, S., Katayama, I. & Nakakuki, T., Rheological decoupling at the Moho and implication to Venusian tectonics
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 4 号: 1 ページ: 4403-4403

    • DOI

      10.1038/srep04403

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of slab rollback and induced back-arc basin formation2013

    • 著者名/発表者名
      T. Nakakuki, E. Mura
    • 雑誌名

      Earth and Planetary Science Letters

      巻: 361 ページ: 287-297

    • DOI

      10.1016/j.epsl.2012.10.031

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Effects of hydrous rocks on subduction dynamics2014

    • 著者名/発表者名
      A. Nakao, H. Iwamori, T. Nakakuki
    • 学会等名
      Geofluid-3 Symposium
    • 発表場所
      東京都
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 沈み込み帯の運動学的データから見たスラブの深度とダイナミクス2013

    • 著者名/発表者名
      中久喜伴益
    • 学会等名
      地球惑星科学連合2013年大会
    • 発表場所
      千葉市
    • 年月日
      2013-05-24
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] マントル最下層における沈み込みスラブの影響2013

    • 著者名/発表者名
      金子岳郎、中久喜伴益
    • 学会等名
      地球惑星科学連合2013年大会
    • 発表場所
      千葉市
    • 年月日
      2013-05-22
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 沈み込み帯の運動学的データから見たスラブの深度とダイナミクス

    • 著者名/発表者名
      中久喜伴益
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合
    • 発表場所
      千葉市
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Numerical modeling of water transport coupled dynamically with slab deformation and mantle flow in a deep subduction zone

    • 著者名/発表者名
      T. Nakakuki, T. Kaneko, A. Nakao, H. Iwamori
    • 学会等名
      Geofluid-3 Symposium
    • 発表場所
      東京都
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Water and element cycling in subduction zones and its implications for mantle dynamics

    • 著者名/発表者名
      H. Iwamori, H. Nakamura, A. Ikemoto, A. Nakao, S. Horiuchi, T. Nakakuki, K. Kazahaya
    • 学会等名
      Geofluid-3 Symposium
    • 発表場所
      東京都
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] Fluid processes in subduction zones and water transport to the deep mantle, in Physics and Chemistry of the Deep Earth, ed. by Karato, S.2013

    • 著者名/発表者名
      H. Iwamori, T. Nakakuki
    • 総ページ数
      416
    • 出版者
      Wiley-Blackwell
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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