Modeling of mantle evolution and geochemical tracers

地幔演化模拟和地球化学示踪剂

• 批准号: 22K14131
• 负责人: 中尾 篤史
• 金额: $ 2.91万
• 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 Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14131/
• 关键词: マントル対流; データ同化; 逆問題; 部分的観測; 微量元素同位体; 岩石の溶融; 超臨界流帯; 数値シミュレーション

本研究は，流体力学の数値シミュレーションに基づき，地球マントルの対流構造の変遷を明らかにすることを目的としている．本研究の申請当初は，「地球化学トレーサ」を既存のマントル対流のフォワードモデルに組み込み，実行し，その結果を解釈する，というアプローチを計画していた．しかし，研究を進めるに従い，「地球マントルの運動履歴を間接的に反映した観測データ」をもとに逆問題的にそれを解く手法がより目的に適うと考え，アジョイント法を用いたマントル対流のデータ同化コードを一から構築する運びとなった．「地球マントルの運動履歴を間接的に反映した観測データ」とは，具体的には，地球表面（プレート）の運動速度の時系列，最終ステップにおける温度場，最終ステップにおける地球化学トレーサの分布などである．これらの観測データを説明するように，未知数，すなわち，過去におけるマントルの温度や地球化学トレーサの分布を制約する，という問題設定を行い，数理モデルを作成した．人工データを用いたシミュレーションの結果，先述の限られたデータのみから，過去の地球マントルの対流構造を（それほど遠い過去でなければ）精度良く復元できることを明らかにした．この結果は国際誌での査読でポジティブな意見を得て，現在，改訂作業中である．本年度の終盤では，地球化学トレーサに記録される組成・温度・圧力履歴などを同化するための数値コードを作成し，様々な条件でテスト計算を行いつつある．その結果，地球化学トレーサ単独では，対流構造の制約に限界があることが明らかとなってきた．

は, this study of fluid mechanics の the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に base づ き, earth マ ン ト ル の flow structure seaborne の - moving を Ming ら か に す る こ と を purpose と し て い る. This study had は の application, "geochemical ト レ ー サ" を existing の マ ン ト ル flow seaborne の フ ォ ワ ー ド モ デ ル に group み 込 み, be し, そ の results を solution 釈 す る, と い う ア プ ロ ー チ を project し て い た. を し か し, research into め る に 従 い, "the earth マ ン ト ル の sports shoe bearing を indirect に reflect し た 観 measuring デ ー タ" を も と に inverse problem of に そ れ く を solution technique が よ り purpose に optimum う と え, ア ジ ョ イ ン を ト method with い た マ ン ト ル flow seaborne の デ ー タ assimilation コ ー ド を a か ら build す る luck び と な っ た. "Earth マ ン ト ル の sports shoe bearing を indirect に reflect し た 観 measuring デ ー タ" と は, specific に は, the surface of the earth (プ レ ー ト) の movement speed is の series, eventually ス テ ッ プ に お け る temperature field, eventually ス テ ッ プ に お け る geochemical ト レ ー サ の distribution な ど で あ る. こ れ ら の 観 measuring デ ー タ を illustrate す る よ う に, unknown, す な わ ち, past に お け る マ ン ト ル の temperature や geochemical ト レ ー サ の distribution を restrict す る, と い う problem set を い, mathematical モ デ ル を made し た. Artificial デ ー タ を with い た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の results, first described の limit ら れ た デ ー タ の み か ら, past の earth マ ン ト ル の flow structure を seaborne (そ れ ほ ど い far past で な け れ ば) good precision く recovery で き る こ と を Ming ら か に し た. The results of the て international journal で で checked the 読でポジティブな opinions を and found て. Now, the revision work is underway at である. の this year before recovering で は, geochemical ト レ ー サ に record さ れ る fulfillment of composition, temperature, and pressure bearing な ど を assimilation す る た め の the numerical コ ー ド を し consummate, others 々 な conditions で テ ス ト count を い つ つ あ る. そ の as a result, the geochemical ト レ ー サ 単 alone で は, flow structure seaborne の restrict に limit が あ る こ と が Ming ら か と な っ て き た.

项目成果

アジョイント法を用いたマントルの熱対流の復元

用伴随法重建地幔热对流

• 发表时间: 2023
• 作者: 中尾篤史;桑谷立;伊藤伸一;長尾大道
• 通讯作者: 長尾大道

沈み込むプレートのスタグネーション/ペネトレーションと沈み込み帯パラメタを関係づける回帰分析とモデル選択

将俯冲带参数与俯冲板块停滞/渗透相关的回归分析和模型选择

• 发表时间: 2022
• 作者: 中尾篤史;桑谷立;上木賢太;吉田健太;油谷拓;日野英逸;赤穂昭太郎
• 通讯作者: 赤穂昭太郎

Subduction-zone parameters that control slab behavior at the 660-km discontinuity revealed by logistic regression analysis and model selection

通过逻辑回归分析和模型选择揭示控制 660 公里不连续面处板片行为的俯冲带参数

• DOI: 10.3389/feart.2022.1008058
• 发表时间: 2022
• 期刊: Frontiers in Earth Science
• 影响因子: 2.9
• 作者: Nakao Atsushi;Kuwatani Tatsu;Ueki Kenta;Yoshida Kenta;Yutani Taku;Hino Hideitsu;Akaho Shotaro
• 通讯作者: Akaho Shotaro

Regression analysis and variable selection to determine the key subduction-zone parameters that determine the maximum earthquake magnitude

回归分析和变量选择以确定决定最大地震震级的关键俯冲带参数

• DOI: 10.1186/s40623-023-01839-y
• 发表时间: 2023
• 期刊: Earth, Planets and Space
• 作者: Atsushi Nakao;Tatsu Kuwatani;Kenta Ueki;Kenta Yoshida;Taku Yutani;Hideitsu Hino;& Shotaro Akaho
• 通讯作者: & Shotaro Akaho

Relationship between maximum earthquake magnitudes and subduction-zone parameters revealed by multiple regression analysis and exhaustive variable selection

通过多元回归分析和详尽的变量选择揭示最大地震震级与俯冲带参数之间的关系

• 发表时间: 2022
• 作者: Atsushi Nakao;Tatsu Kuwatani;Kenta Ueki;Kenta Yoshida;Taku Yutani;Hideitsu Hino;& Shotaro Akaho
• 通讯作者: & Shotaro Akaho