電離層数値モデルと陸上・海底磁場データを組込んだマントル遷移層描像手法の新展開

电离层数值模型与陆地/海底磁场数据相结合的地幔过渡层成像方法新进展

基本信息

批准号：
20K04125
负责人：
小山崇夫
金额：
$ 2.75万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、電離層起因の変動Sq場を磁場励起源（＝入力）とした電磁誘導法により、深さ400-650 ㎞マントル遷移層を主なターゲットとして地下深部の電気伝導度分布の推定を行い、地球マントルの構造およびそのダイナミクスについての情報を抽出することを目的としている。ここで電離層起因の入力項は、「大気圏ー磁気圏結合モデル（GAIA）」と呼ばれる全地球大気のシミュレーションモデルを基におこなう。R4年度は、前年度までに作成した各時間における全地表面での磁場モデル時系列データを周波数領域に変換し、3次元地球での周波数領域電磁誘導計算コードにソースとして入力して、地下電気伝導度構造による磁場応答を計算した。その出力結果を時系列に戻したものと、実際に世界中の定常磁場観測点での磁場時系列データを比較することで、尤もらしいマントル電気伝導度構造を推定した。具体的には、海洋と陸域の電気伝導度不均質のある表層とその下は1次元球殻成層モデルを仮定し、GAIAをソースとした電磁誘導方程式を複数のモデルに対して解くことで、世界中の71磁場観測点について各観測点に対して最も磁場データをよく説明する成層電気伝導度モデルをそれぞれ探索した。その結果、ヨーロッパでは、上部マントルで電気伝導度が0.1 S/mを超える高電気伝導のモデルが、北西太平洋では、0.01 S/m以下の低電気伝導モデルが有力であることがわかった。この違いは、沈み込むスラブによって輸送される水の量の差異であり、その差異の原因はスラブの温度の違いを反映していると考えられる。年齢の浅い比較的温かいプレートは水を深部まで運ぶことができず上部マントル中で脱水してしまうのに対し、古い冷たいプレートは深部まで運ぶことができたため、先述の上部マントル含水量の差異がみられたと考えられる。

本研究主要针对400~650 km深度的地幔过渡层，利用电离层引起的脉动Sq场作为磁场激励源，采用电磁感应法估算了地下深处的电导率分布（=输入），旨在提取有关地幔结构及其动力学的信息。这里，电离层的输入项基于称为“大气-磁层耦合模型（GAIA）”的全球大气模拟模型。在R4年，我们将截至上一年创建的整个地球表面各时刻的磁场模型时间序列数据转换到频域，并将其作为源输入到3D地球上的频域电磁感应计算代码中，并用它来产生地下电力，计算了导电结构引起的磁场响应。通过将时间序列输出结果与来自世界各地稳态磁场观测点的实际磁场时间序列数据进行比较，他们估计了一个合理的地幔电导率结构。具体来说，我们假设海洋和陆地中具有异质电导率的表层的一维球壳分层模型，以及其下方的一维球壳分层模型，并使用 GAIA 作为源求解电磁感应方程多个模型中，我们在全球71个磁场观测点中寻找最能解释每个观测点磁场数据的分层电导率模型。结果发现，上地幔电导率超过0.1 S/m的高电导率模型在欧洲有效，而西北太平洋电导率低于0.01 S/m的低电导率模型有效。。这种差异是由于俯冲板片输送的水量的差异造成的，而产生这种差异的原因被认为反映了板片温度的差异。较年轻、相对较温暖的板块无法将水输送到深处并在上地幔中脱水，而较老、较冷的板块则可以将水输送到深处，这解释了上面提到的上地幔含水量的差异。