プレートテクトニクスと地球内部ダイナミクス

• 地球内部構造地震観測（地震波速度構造）高温高圧物性実験（固体相転移）

• 温度構造• マントル対流

数値シミュレーション• 地震波トモグラフィー• 地球内部ダイナミクス

地球の層構造

物質的 力学的

Probing Earth using seismic waves

N.P.→Tokyo (N35o)S.P.→Cambera (S35o)

all earthquakesobserved at all stations:plotted as a function of epicentral distance only

地震波（実体波）

地球の内部構造 マントル遷移層（速度・密度の急激な上昇）

660km不連続面

上部マントル

下部マントル

Fe,  Ni

地殻

マントル

外核

内核

地震波速度

地球の層構造

？

マントル遷移層

地震

Phase change and mantle transition zone

Phase diagram of H2O

Phase diagram相図

Olivineかんらん石:the most abundant mineral in the mantle

(104bars)

橄欖岩の相変化とマントル遷移層

olivine（α）

[β,γ]-spinel

perovskite

地球内部温度構造相平衡条件による制約MTZ @ 410km

@ 660kmCMB @ 2900kmICB @ 5150km

断熱温度勾配

プレートテクトニクスへの疑問

•陸と海の違いはどの深さまで•沈み込んだ海洋プレートはどうなるか•マントル対流はどのように起きているのか•660km不連続面とは何か

Deep earthquakes (upper mantle)= subducted oceanic plate (slab)

地震波トモグラフィー

CT-scan of the Earth

表面波 (surface wave)Love波

Rayleigh波

Rayleigh wave@ 35 sec

Surface wave tomography

Rayleigh wave@ 90 sec

Old continental root

Rayleigh wave@ 90 sec

Surface wave tomography

不均質の強さの深さ分布

Kustouski et al. (2008)

沈み込んだ海洋プレート（スラブ）のゆくえ 1

下部マントル

slab？

Grand et al. (1997)

slab？

スラブの痕跡

沈み込んだ海洋プレート（スラブ）のゆくえ 1

下部マントル

昔の海溝の復元

Japan Indonesia

沈み込んだ海洋プレートのゆくえ 2（今のスラブ）

olivine

spinel

perovskite

Temperature  (K)

Pressure  (GPa)

マントルの相図

Destiny of slab 2 (present slab)スタグナント・スラブ

Fukao et al., 2001

マントル対流とプレートテクトニクス

マントルの上と底

ふたつの巨大プルーム源？large low shear velocity provinces (LLSVP)巨大低S波速度帯

ポスト・ペロヴスカイト相の登場

マントルの相図 ２

マントル対流とプレートテクトニクス• シート状の下降流（海溝）• 二つの巨大プルーム源から上昇流• プレートの割れ目（海嶺）からの局所的なマグマの上昇

中央海嶺は巨大なマントルスケールの上昇流にあらず

• 沈み込み帯におけるマントルへの海水の流入→島弧火山活動• 超大陸の繰り返し発生• 地球活動のリズム（マントル遷移層＋滞留スラブの崩落）• マントル：地球システムの律速過程

プレートテクトニクスと地球内部ダイナミクス

参考書

•「進化する地球惑星システム（4章，7章）」東大地球惑星科学専攻（東大出版）

•「地球ダイナミクスとトモグラフィー」川勝均編（朝倉書店）

•「大地の躍動を見る--新しい地震・火山像」山下輝男編（岩波ジュニア新書）

•「生命と地球の歴史」丸山茂徳・磯崎行雄著（岩波新書）