応力履歴依存粘性3次元球殻マントル対流モデルによるプレート運動の解明

使用应力历史相关的粘性三维球壳地幔对流模型阐明板块运动

• 批准号: 22K03788
• 负责人: 宮腰 剛広
• 金额: $ 1.58万
• 依托单位: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03788/
• 关键词: プレート運動; マントル対流; 応力履歴依存粘性; 3次元球殻; ３次元球殻

本研究課題では、「応力履歴依存粘性」を導入した「3次元球殻」マントル対流モデルの開発を行い、地球史におけるプレート運動とマントル内部構造の共進化過程等を明らかにする事を目標としている。プレートを構成する岩石が一旦割れた場合、破壊を受けた時の強さより応力が弱くなっても、割れた部分はそのまま維持されている。そのため地球上では同じ応力が掛かっていても、割れている部分と無傷である部分が併存している。すなわち、プレートの状態は過去の応力履歴に依存しており、このような「応力履歴依存粘性」モデル（Ogawa, 2003）が、Miyagoshi et al. (2020)によって3次元箱型モデルに導入されたが、本研究課題ではそれを「3次元球殻」モデルに拡張し、実際の地球に即したプレート運動とそれに伴う地球内部活動の発展史を調べる。計画の初年度における本年度は、応力履歴依存粘性モデルをを3次元球殻版に移植した。そのモデルを用いて、「地球シミュレータ」等のスーパーコンピュータを用いてプレート運動を伴うマントル対流計算を開始した。当初想定していたよりも、球殻モデルではかなり計算が難しい事が分かった。具体的には、粘性率の温度依存性（これが存在する事により地球表面にプレートが形成される）及び応力破壊による粘性率の低下量が、最初からプレート運動レジームのパラメータで計算しようとすると収束が難しすぎて計算が全く進まなくなってしまう事が分かった。そのため両者とも、収束しやすい（小さな）値から徐々に目標値に近付けていくという工夫を行った。結果として、両者とも、ほぼ1000倍の依存性（マントル内部温度と表面の温度差により粘性率に1000倍の差が生じる、および破壊を受けた部分とそうでない部分とでは粘性率に1000倍の差がある）という、目標値にほとんど近い領域まで到達する事が出来た。

在这项研究中，目的是开发一个“ 3D球形壳”壁架对流模型，该模型介绍了“强度历史的副粘度”，并阐明了全球历史上板运动和地幔内部结构的处理过程。一旦构成板块破裂的岩石，即使压力比破坏的强度较弱，损坏的部分就会保持原样。因此，即使在地球上施加了相同的应力，损坏的部分和完整部分也连接。换句话说，板的状态取决于过去的压力历史，而宫（Miyagoshi）等人（2020年）将这种“依赖性依赖性”模型（Ogawa，2003）引入了3D盒模型这项研究将其扩展为“三维外壳”模型，并检查了与实际地球和随附的内部活动相匹配的板运动的历史。在计划的第一年的这个财政年度中，将粘度模型依赖于应力历史记录被移植到三维球形外壳中。使用该模型，使用诸如“ Earth Simulator”之类的超级计算机开始使用板移动的地幔对流计算。事实证明，用壳模型比起初预期的要很难计算。具体而言，粘度速率的温度依赖性（这是地球表面上的板的存在），而由于板块毁坏而导致的粘度下降是从板块开始时进行的事实证明，完全进行计算太难了。因此，两者都被设计为逐渐从易于收敛（小）的（小）值的（小）值逐渐接近目标值。结果，由于内部温度和表面之间的温度差，由于地幔内部温度和表面之间的温度差，粘度速率的1000倍（粘度速率的1000倍），并且已破坏的部分为1000粘度率的时间。