2次元マントル大循環モデルに基づく地球のマントル進化の数値シミュレーション

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13640416
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小河 正基 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助教授 (30194450)
• Keywords: マントル進化 / マントル対流 / 火成活動 / プレート運動 / 数値シミュレーション

Research Abstract

本研究の最終目的は、プレート運動を含むマントル対流と火成活動の全体をセルフ・コンシステントな形でモデル化した上で、マントル進化の数値シミュレーションを行い、プレート運動の起こり方やマントルの熱・化学的状態が、時代とともにどのように変遷していったかを解明することにある。今年度は、以下の結果を得た。
1、昨年度までに筆者が構築してきたプレートのモデルをさらに詳しく検討し、このモデルでは、プレート運動は、「リッジプッシュによりプレート内に発生する応力が、無垢のプレートの破壊強度よりは低いが、プレート境界でのプレート相互の滑り運動を起こすのに必要な応力よりは高いときに起こる」ということを確認した。この条件が実際の地球で満足されていることはほぼ確実と思われる。
2、第1項で完成したプレート運動と筆者が従来構築してきた火成活動のモデルを組み合わせ、地球形成期から20億年間(冥王代・太古代)のマントル進化の数値シミュレーションを実行した。このシミュレーションにより、現在;
(1)最初の7億年ほどの間は、放射性元素の壊変による強い内部加熱のため、激しい火成活動が間欠的に起こる。マントルは、全体が対流による撹拌にも関わらず火成活動による物質分化のため化学成層する状態(以下「火成対流相」と呼ぶ)にあり、この間はプレート運動は起きない。
(2)やがて時代が下り、放射性元素の崩壊のためマントルの内部発熱量が減少すると、上部マントルが、火成対流相から熱対流が卓越する状態(以下「熱対流相」と呼ぶ)に転移し、化学的に均質になり、プレート運動が開始する。
(3)しかし、マントルは、プレート運動による撹拌にも関わらず、全体としては依然として火成対流相に属しており、化学成層が維持される。火成活動は最初の7億年ほど激しくはないが依然として活発である。
という結果を得つつある。

Research Products

• [Publications] Masaki Ogawa: "The plate-Like regime of a numerically modeled thermal conversion in a fluid with temperature-, Pressure-, and sties-history-dependent viscosity"Journal of Geophysical Research. (in press). (2002)