| 研究課題/領域番号 |
20K04110
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| 研究機関 | 愛媛大学 |
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研究代表者 |
出倉 春彦 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 講師 (90700146)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 地球下部マントル / 温度構造 / 熱伝導率 / 第一原理計算 |
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| 研究実績の概要 |
地球内部の温度は現在でも不確かな物理量の一つである。地球マントル内の温度構造は主に２つの地球内部活動により形成されていると考えられている。一つは，熱伝導による熱輸送が支配的である沈み込みスラブ由来によるもの，もう一つは，対流熱伝達が卓越するマントルの対流活動によるものである。スラブ・マントルの両者の鉱物組成ならびに熱輸送機構の違いを反映して，マントル内部は極めて不均質な温度構造が実現していると考えられている。本研究では，高精度な理論予測手法の一つとして知られる第一原理計算技術を駆使して，沈み込みスラブ上面の玄武岩組成層の構成鉱物および中・下面のパイロライト構成鉱物の格子熱伝導率を下部マントル条件で決定し，スラブの沈み込みに由来する下部マントルの温度不均質構造の制約を目指すものである。
当該年度はMORB構成鉱物であるSi02の高圧相およびパイロライト構成鉱物(Mg,Fe)Oフェロペリクレイスの格子動力学特性（格子振動数・格子波の速度・比熱）および格子波-格子波相互作用にともなう格子波の減衰特性を下部マントル温度圧力条件で決定した。これら格子動力学計算から得られた熱物性値を用いたフォノンボルツマン方程式を解き，それらの鉱物の格子熱伝導率の決定に成功した。また，MORBの主要構成鉱物の1つと考えられているCaSiO3ペロブスカイトの高温相の熱伝導率の決定のため，分子動力学計算に基づく有効温度ポテンシャル法の実装をすすめた。
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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
研究代表者のデータ解析のためのノウハウ・ プリ/ポストプロッサのさらなる発展があったこと，ならびに，主要な計算資源である名古屋大学附置のスーパーコンピュータの性能の著しい向上により， 高温でのみ安定となるCaSiO3などの鉱物を除き，格子動力学特性の効率的な決定が可能となった。 CaSiO3については長時間の分子動力学シミュレーションが必要となるが， 上述の計算機の性能の向上に伴い計算がすみやかに進展した。その間，有限温度格子ポテンシャルの構築のためのポストプロッサの作成が順調に進んだ。 これらの理由から，本課題はおおむね順調に進捗していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度はSiO2の高圧相および(Mg,Fe)Oの熱伝導率計算の推進，ならびに，分子動力学法に基づく熱伝導率計算法の実装を進めた。次年度もスラブ構成鉱物の熱伝導率の第一原理計算を推進する。 鉄が固溶した下部マントル鉱物， SiO2の熱伝導率の決定を目指す。また， 分子動力学手法の開発を引き続き進め， MORBの主要構成鉱物であるCaSiO3の格子動力学特性を研究する。これらの熱輸送特性を決定することで， 沈み込みスラブの有効熱伝導度の決定とともに沈み込みスラブ由来の地球内部温度構造の理解の推進を目指す。
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