プレート沈み込み帯に持ち込まれる物質の多様性により生じる摩擦特性変化に関する研究

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プレート沈み込み帯では，巨大地震をはじめ様々なタイプの地震が観測されている．このような多様なすべり挙動は，プレート境界断層面上で摩擦の安定性が，空間的に不均質な分布をしていることを反映していると考えられる．その要因の一つに，摩擦特性の異なる物質が沈み込み帯に持ち込まれ，それらがプレート境界断層面上で空間的に不均質に分布することが挙げられる．本研究は，沈み込み帯に持ち込まれる堆積物に含まれる生物起源非晶質シリカが，プレート境界断層の摩擦特性に与える影響を明らかにすることを目的として行った．本年度以前に，生物起源堆積物である珪質・石灰質軟泥，およびそこから酸処理によって取り出した生物起源非晶質シリカ等の摩擦特性を調べた．本年度は，天然試料の主成分の化学組成および最大粒径を模擬した試料として，カルサイト，人工非晶質シリカ，およびそれらの混合物を用いて摩擦実験を行った．これら模擬試料が天然試料とは異なる摩擦特性を示したことから，主成分の化学組成や粒径ではなく，生物起源堆積物に含まれる粒子の生物の殻の形が，摩擦特性を決める重要な要素であると考えられる．さらに，堆積物が沈み込み帯深部の高温条件下に持ち込まれ，堆積物中の生物起源非晶質シリカが結晶化することによる摩擦特性の変化を調べた．生物起源非晶質シリカを含む堆積物を水熱反応させたところ，非晶質シリカをほとんど含まない試料が得られた．この試料を用いて摩擦実験を行った結果，堆積物が生物起源非晶質シリカを含むことでプレート境界断層の摩擦を不安定化させる傾向があること，さらに，このような堆積物が沈み込み帯深部に持ち込まれ，生物起源非晶質シリカが結晶化すると，断層の摩擦を安定化させる傾向があることが示唆された．これらの知見は，プレート沈み込み帯で発生する地震の多様性を明らかにする上で重要である．