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2008 年度 研究成果報告書

マントル下降流に伴う滞留スラブの形成・崩落過程の数値モデリング

研究課題

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研究課題/領域番号 16075207
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関九州大学

研究代表者

吉岡 祥一  九州大学, 大学院・理学研究院, 准教授 (20222391)

研究分担者 中久喜 伴益  広島大学, 大学院理学研究科, 助教 (10263667)
鈴木 厚  九州大学, 大学院・数理学研究院, 助教 (60284155)
亀山 真典  愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (70344299)
田端 正久  九州大学, 大学院・数理学研究院, 教授 (30093272)
中川 貴司  スイス連邦工科大学チューリッヒ校, 地球物理学研究所, 上級博士研究員 (50396941)
研究協力者 岩瀬 康行  防衛大学校, 応用科学群, 助教
研究期間 (年度) 2004 – 2008
キーワード滞留スラブ / 数値シミュレーション / 3次元スラブ / 地球シミュレータ / マントル対流
研究概要

本研究では、主として、3次元箱型、2次元箱型の熱対流を用いたスラブ沈み込みモデルを構築した。3次元箱型モデルでは、高速な数値解法アルゴリズムの開発を進め、海洋プレートの沈み込みを実現し、410km、660kmでの相転移、660kmでの粘性ジャンプ、粘性率の温度・圧力依存性、海溝の後退などをモデルに取り入れた。数値シミュレーションの結果、滞留スラブの形成には海溝の後退が重要であることを示した。2次元モデルでは、プレートに強制的な沈み込み速度を与えるモデルと、自発的にプレートが沈み込むモデルを構築した。前者では、海溝の後退がある場合、660kmでの相転移によってスラブを浮かせるモードと下部マントルの高粘性によってスラブを支えるモードがあることを示した。また、海溝後退によって生成された滞留スラブが、下部マントルへと崩落するメカニズムとして、海溝後退の停止や前進が重要であることを示した。後者のモデルでは、マントル遷移層でのスラブの振る舞いと地表のテクトニクスの相互作用を扱うことを可能にし、様々な構造を持つ滞留スラブを再現した。また、滞留スラブの形成には、海溝の後退が非常に重要であり、滞留・崩落の過程には、2つの様式があることを明らかにした。

  • 研究成果

    (38件)

すべて 2009 2008 2007 2005 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 12件) 学会発表 (25件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 滞留スラブの数値シミュレーション研究の現状と今後の展望2009

    • 著者名/発表者名
      吉岡祥一
    • 雑誌名

      「地震」第2輯60周年記念特集号)(執筆依頼論文),地震, 61(印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nakakuki, T. and Deep Slab Project Group, Stagnant slab : A review2009

    • 著者名/発表者名
      Fukao, Y., Obayashi, M
    • 雑誌名

      Ann. Rev. Earth and planetary science letters 37

      ページ: 19-46

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An iterative substructuring method for the discretized Stokes equations by a stabilized finite element method2009

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, A
    • 雑誌名

      to appear in Proceedings of ALGORITMY 2009 18

      ページ: 41-50

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An iterative substructuring solver for the Stokes equations, to appear in Proceedings of the First International Conference on Parallel, Distributed and Grid Computing for Engineering2009

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, A
    • 雑誌名

      B.H.V. Topping and P. Ivanyi, (eds.), Civil-Comp Press 90

      ページ: P37/1-P37/11

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Generation and driving forces of plate-like motion and asymmetric subduction in dynamical models of an integrated mantle-lithosphere system2008

    • 著者名/発表者名
      Nakakuki, T., Hamada C. and Tagawa, M
    • 雑誌名

      Physics of Earth and Planetary Interiors 166

      ページ: 128-146

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multigrid-based simulation code for mantle convection in spherical shell using Yin-Yang grid2008

    • 著者名/発表者名
      Kameyama, M., Kageyama, A. and Sato, T
    • 雑誌名

      Physics of Earth and Planetary Interiors 171

      ページ: 19-32

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Physical conditions producing slab stagnation : Constraints of the Clapeyron slope2007

    • 著者名/発表者名
      Torii, Y. and Yoshioka, S
    • 雑誌名

      mantle viscosity, trench retreat, and dip angles, Tectonophysics 445

      ページ: 200-209

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of history-dependent rheology in plate boundary lubrication of generating one-sided subduction2007

    • 著者名/発表者名
      Tagawa, M.,Nakakuki, T., Kameyama, M. and Tajima, F
    • 雑誌名

      Pure and applied geophysics 164,5

      ページ: 879-907

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical modeling of trench retreat driven by the slab interaction with the mantle transition zone2007

    • 著者名/発表者名
      Tagawa, M., Nakakuki, T. and Tajima, F
    • 雑誌名

      Earth, planets, and space 59

      ページ: 65-74

    • 査読あり
  • [雑誌論文] スタグナントスラブに伴うマントル構造の地震学的解析と数値シミュレーション2005

    • 著者名/発表者名
      田島文子・中久喜伴益・吉岡祥一
    • 雑誌名

      地震 58

      ページ: 121-141

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multigrid iterative algorithm using pseudo-compressibility for three-dimensional mantle convection with strongly variable viscosity2005

    • 著者名/発表者名
      Kameyama, M., Kageyama, A. and Sato, T
    • 雑誌名

      Journal of Computational Physics 206

      ページ: 162-181

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ACuTEMan : A multigrid-based mantle convection simulation code and its optimization to the Earth Simulator2005

    • 著者名/発表者名
      Kameyama, M
    • 雑誌名

      Journal of the Earth Simulator 4

      ページ: 2-10

    • 査読あり
  • [学会発表] Rheological mechanisms for the formation and avalanche of the stagnant slabs, Final SSP International Symposium on2009

    • 著者名/発表者名
      Nakakuki, T
    • 学会等名
      DEEP SLAB and MANTLE DYNAMICS
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2009-02-26
  • [学会発表] Numerical simulations on dynamic behaviors of subducting slabs: Toward three-dimensional modelling, Final SSP International Symposium on2009

    • 著者名/発表者名
      Kameyama, M
    • 学会等名
      DEEP SLAB and MANTLE DYNAMICS
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2009-02-26
  • [学会発表] 2D temperature model in deep slabs incorporating kinetics of the 410-km and 660-km phase transformations, Final SSP International Symposium on2009

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka, S
    • 学会等名
      DEEP SLAB and MANTLE DYNAMICS
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2009-02-25
  • [学会発表] Preconditioned conjugate gradient solver for the Stokes equations, Necas Seminar on Continuum Mechanics, Charles University in Prague2009

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, A
    • 学会等名
      Charles University in Prague
    • 発表場所
      Czech Republic
    • 年月日
      2009-01-05
  • [学会発表] 2D temperature model in deep slabs incorporating kinetics of the 410-km and 660-km phase transformations-application to the Mariana slab-2008

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka, S
    • 学会等名
      The 7th General Assembly of Asian Seismological Commission and the 2008 fall meeting of Seismological Society of Japan
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      2008-11-25
  • [学会発表] Finite element computation of subducting plate near trench2008

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, A
    • 学会等名
      Czech-Japanese Seminar in Applied Mathematics 2008
    • 発表場所
      宮崎
    • 年月日
      2008-09-05
  • [学会発表] マントル遷移層における海洋地殻とスラブの挙動の数値シミュレーション2008

    • 著者名/発表者名
      橋本達樹
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2008年大会
    • 発表場所
      千葉
    • 年月日
      2008-05-27
  • [学会発表] スタグナントスラブのレオロジーとプレート運動速度2008

    • 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2008年大会
    • 発表場所
      千葉
    • 年月日
      2008-05-27
  • [学会発表] スラブ沈み込みの3次元性に関する数値シミュレーション2008

    • 著者名/発表者名
      亀山真典
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2008年大会
    • 発表場所
      千葉
    • 年月日
      2008-05-27
  • [学会発表] Mechanisms of the slab stagnation in the mantle transition zone, Misasa-III2008

    • 著者名/発表者名
      Nakakuki, T
    • 学会等名
      Mechanisms of the slab stagnation in the mantle transition zone, Misasa-III
    • 発表場所
      三朝
    • 年月日
      2008-03-22
  • [学会発表] An iterative substructuring solver for the Stokes equations2008

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, A
    • 学会等名
      Seminar on Numerical Mathematics
    • 発表場所
      Charles University in Prague
    • 年月日
      2008-03-06
  • [学会発表] 660km付近におけるマントル下降流の数値シミュレーション-2次元、3次元モデルによる取り組み-2007

    • 著者名/発表者名
      吉岡祥一
    • 学会等名
      特定領域研究「地球深部スラブ」第3回研究シンポジウム「深部スラブの物質科学とダイナミクス」
    • 発表場所
      松山
    • 年月日
      2007-11-03
  • [学会発表] マントル遷移層に沈み込むスラブと海洋地殻の挙動2007

    • 著者名/発表者名
      橋本達樹
    • 学会等名
      特定領域研究「地球深部スラブ」第3回研究シンポジウム「深部スラブの物質科学とダイナミクス」
    • 発表場所
      松山
    • 年月日
      2007-11-03
  • [学会発表] 3次元スラブ沈み込みモデルの構築に向けて-シミュレーションモデル開発の進捗状況2007

    • 著者名/発表者名
      亀山真典
    • 学会等名
      特定領域研究「地球深部スラブ」第3回研究シンポジウム「深部スラブの物質科学とダイナミクス」
    • 発表場所
      松山
    • 年月日
      2007-11-03
  • [学会発表] Preliminary study on formulation of a slab stagnation model unifying thermal convection and kinetics2007

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka, S
    • 学会等名
      IUGG XXIV 2007
    • 発表場所
      Perugia, Italia
    • 年月日
      2007-07-06
  • [学会発表] スタグナントスラブ形成と崩落に関するレオロジーの役割2007

    • 著者名/発表者名
      多川道雄
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2007年大会
    • 発表場所
      千葉
    • 年月日
      2007-05-24
  • [学会発表] 温度・流れ・カイネティクスを統合したスラブ滞留モデルの定式化に関する予備的考察2007

    • 著者名/発表者名
      吉岡祥一
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2007年大会
    • 発表場所
      千葉
    • 年月日
      2007-05-23
  • [学会発表] プレート・マントル対流結合系の数値シミュレーション:沈み込みの開始からスタグナントスラブの形成まで2007

    • 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2007年大会
    • 発表場所
      千葉
    • 年月日
      2007-05-20
  • [学会発表] マントル遷移層に沈み込むスラブと海洋地殻の挙動2007

    • 著者名/発表者名
      橋本達樹
    • 学会等名
      第一回地球深部科学研究交流会
    • 発表場所
      松山
    • 年月日
      2007-03-07
  • [学会発表] 流れ・熱・カイネティクスを統合したスラブ沈み込みの2次元数値モデルの定式化に関する予備的考察2007

    • 著者名/発表者名
      吉岡祥一
    • 学会等名
      第一回地球深部科学研究交流会
    • 発表場所
      松山
    • 年月日
      2007-03-06
  • [学会発表] スタグナントスラブの形成メカニズム-海溝の後退、マントル粘性、クラペイロン勾配からの制約-2007

    • 著者名/発表者名
      鳥井翼
    • 学会等名
      第一回地球深部科学研究交流会
    • 発表場所
      松山
    • 年月日
      2007-03-06
  • [学会発表] 滞留・崩落するスラブの再現に向けたマントル対流シミュレーションのこれまでとこれから2005

    • 著者名/発表者名
      亀山真典
    • 学会等名
      科研費特定領域研究「地球深部スラブ」第2回研究シンポジウム
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2005-11-10
  • [学会発表] 660km相転移境界でのクラペイロン勾配の温度依存性がマントル対流の様式に及ぼす影響2005

    • 著者名/発表者名
      吉岡祥一
    • 学会等名
      2005年三鉱シンポジウム「地球物質科学のニューフロンティア」プログラム
    • 発表場所
      松山
    • 年月日
      2005-09-23
  • [学会発表] Numerical Simulation of Trench Retreat and Slab Stagnation Related to Lithospheric Tensional Strength2005

    • 著者名/発表者名
      多川道雄
    • 学会等名
      地球惑星科学関連学会2005年合同大会
    • 発表場所
      千葉
    • 年月日
      2005-05-26
  • [学会発表] マントル下降流に伴う滞留スラブの形成・崩落過程の数値モデリング2005

    • 著者名/発表者名
      吉岡祥一
    • 学会等名
      特定領域研究Kick-offワークショップ
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2005-01-20
  • [備考] スタグナントスラブに関する一般向け解説

    • URL

      http://www.geol.sci.hiroshima-u.ac.jp/~nakakuki/megalith/megalith%201.html

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公開日: 2010-06-10   更新日: 2016-04-21  

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