Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

大気重力波 / 電波掩蔽 / 金星 / 重力波 / あかつき / 対流 / 数値モデル / 火星 / 数値シミュレーション / 惑星 / 大気

高度分解能を1桁向上する電波ホログラフィ法により金星の電波掩蔽観測データを解析し、鉛直スケール数百mの波動や弱安定層が普遍的に存在すること、高緯度の対流層上端にしばしば急峻な逆転層が見られることなどを見出した。また高い鉛直解像度と鉛直方向に広い計算領域を兼ね備えた金星中層大気の数値シミュレーションを実施し、対流運動とそれが励起する重力波の伝播を再現した。重力波の砕波はシアー不安定と対流不安定によって生じることが示唆され, さらに重力波の砕波の起こる高度と重力波の振幅を電波掩蔽観測の観測結果と比較して理解することができた。

地球をはじめ惑星大気に普遍的に存在して大気構造や気候形成に影響を与える内部重力波について、金星と地球の比較により研究を進めた。電波掩蔽観測の新たな手法により従来とらえられなかった微細構造を明らかにすることにより、金星においても地球と同様な詳細な解析が可能となった。また数値シミュレーションにより観測結果を再現して背後のメカニズムの理解を深めることができた。

マントル進化 / 火成活動 / マントル対流 / プレートテクトニクス / 比較惑星 / 数値モデリング / 三次元数値モデリング / プレート境界生成 / マグマの生成と移動 / 惑星内部進化 / 数値実験 / ３次元モデル / 三次元 / 3次元モデル / 三次元球殻モデル / 水星 / スーパー地球 / マグマ移動 / 月 / 数値シミュレーション / 地球 / 金星

本研究では、まず二次元モデルを用いた数値シミュレーションにより、火成活動やマントル対流の結果、地球など様々なサイズの惑星においてマントルは45億年の歴史を通じてどのように進化するかを探求した。さらに、この研究で明らかになったマントル対流と火成活動の相互作用やプレートテクトニクスによるマントルの不均質構造形成などの進化の主要な特徴が、三次元球殻マントルにおいても同様に発現するかを解明するため、三次元数値モデルを開発し、将来の惑星進化のリアリスティックなモデリングへの展望を開いた。

マントル進化 / マントル対流 / 火成活動 / 比較惑星 / 数値モデリング / 地球 / 金星 / 火星 / 数値シミュレーション / 水 / スーパー地球 / 地球型惑星 / 内部進化 / 地球側感惑星 / プレートテクトニクス / 地球史 / 火星の進化 / 水の循環 / プレート・テクトニクス

2次元火成活動・マントル対流結合系の数値シミュレーションを行い、火星のマントル進化モデルを完成すると伴に、地球のマントルは、25億年前の太古代・原生代境界におけるテクトニクスの変化に対応して、2段階にわかれて進化したというモデルを構築した。

マントル対流 / 火成活動 / 数値シミュレーション / プレート / マントル進化 / 金星 / リソスフェア / 粘弾性

本研究の目的は、マントルに於ける主要な熱・物質輸送の担い手であるマントル対流と火成活動の全体を一つの力学系として扱い、この力学系の数値モデルを構築することにある。特に、リソスフェアとそのプレート運動というマントル対流の最も重要な特徴をモデルに組み込み、リアリスティックなマントル対流・火成活動結合系の数値モデル、すなわち、マントル大循環モデルを構築することを試みた。まず第一に、リソスフェアは存在するがプレート運動は起こっていない金星のマントル対流・火成活動結合系の数値モデルを構築した。リソスフェアは、マントル物質の粘性率を強く温度に依存すると仮定して、その結果地表面に沿って発達する熱・力学的境界層としてモデル化した。この数値モデルにより、金星では、数十億年に一回の割で、マントルのオーバーターンと非常に規模の大きい火成活動が起こることが予想された。このような火成活動は、5〜10億年前に金星で起こった火山平原の形成に対応すると考えている。第二に、プレート運動を再現し、モデルを地球にも応用できるようにするため、まず、粘性率が温度に依存する流体の熱対流の数値シミュレーションを系統的に行い、温度依存性の強さが程々の時に、リソスフェアは、存在し、しかもゆっくりとではあるが運動するレジームのあることがわかった。つぎに、このレジームの対流にさらに火成活動をカップルさせた火成活動・マントル対流結合系の数値モデルを構築した。さらに、この数値モデルに、プレートの破壊プロセスのモデルを組み込み、プレート境界の形成・沈み込みの開始・海嶺の形成をモデル化することに成功し、地球型惑星においてプレート運動が起こるための必要条件に関する洞察を得た。現在、初期地球のマントルの様子を理解することを目的とし、プレート運動を含む火成活動・マントル対流結合系の数値モデルを構築しつつある。

【研究分担者】
安藤紘基	京都産業大学	理学部	助教	(Kakenデータベース)
中島健介	九州大学	理学研究院	助教	(Kakenデータベース)
林祥介	神戸大学	理学研究科	教授	(Kakenデータベース)
野口克行	奈良女子大学	自然科学系	助教	(Kakenデータベース)
杉山耕一朗	松江工業高等専門学校	情報工学科	准教授	(Kakenデータベース)
小高正嗣	北海道大学	理学研究院	助教	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
柳澤孝寿	国立研究開発法人海洋研究開発機構	その他	研究員	(Kakenデータベース)
宮腰剛広	国立研究開発法人海洋研究開発機構	地球深部ダイナミクス研究分野	主任研究員	(Kakenデータベース)

【研究連携者】
亀山真典	愛媛大学	地球深部ダイナミクス研究センター	教授	(Kakenデータベース)