地球深部への水輸送とマントル対流への影響
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図：沈み込むプレートによる水輸送 左：温度(等高線)と水の含有率(カラー)，右：粘性率
地球を生命の惑星であらしめているものは水である。同時に，水は岩石の融点や粘性・破壊高度の低下を引き起こす。この水の性質は，沈み込み帯の火山や，プレートテクトニクスの発現など地球の重要な地学的特徴を作り出す原因となっていると考えられる。したがって，地球内部も含めた水の循環を理解することは地球惑星科学におけるもっとも基礎的な課題の１つであるといえる。上のモデルは，沈み込みモデルにIwamori (2004)による含水鉱物の相図と水移動を組み込んだモデルである。マントル対流による水移動を解く際，数値的な拡散を少なくするため，粒子法を用いて解いている。特に，海洋地殻から脱水する際に水が拡散しないようにアルゴリズムを工夫した。スタグナントスラブのモデルと同様の規模を持つモデルであるが，上の図は，沈み込み帯卑近のみ拡大したものである。ウェッジの先端に蛇紋岩ができて沈み込むプレートと一緒にマントル深部に引きずり込まれる様子が再現されている。 Iwamori (1997, 2004)のようにこれまでウェッジ内の流れだけを計算したモデルで再現できていた現象である。
関連論文
H. Iwamori and T. Nakakuki (2013) Fluid processes in subduction zones and water transport to the deep mantle, in Physics and Chemistry of the Deep Earth, ed. by Karato, S., pp372-392, Wiley-Blackwell.
T. Nakagawa, T. Nakakuki and H. Iwamori (2015) Water circulation and global mantle dynamics: Insight from numerical modeling, Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 16, 1449–1464, doi:10.1002/2014GC005701
A. Nakao, H. Iwamori and T. Nakakuki (2016) Effects of water transportation on subduction dynamics: Roles of viscosity and density reduction, Earth and Planetrary Science Letters, 454, 178–191, doi:10.1016/j.epsl.2016.08.016
A. Nakao, H. Iwamori, T. Nakakuki, Y. J. Suzuki, and H. Nakamura (2018) Roles of hydrous lithospheric mantle in deep water transportation and subduction dynamics, Geophysical Research Letters, 45, 5536–5543, doi:10.1029/2017GL076953
