Modeling of mantle evolution and geochemical tracers

点击翻译按钮获取中文摘要

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．