地球物質の流動特性と地球内部のダイナミクス

マントルのレスポンス マントルは固体であるが、 流体的な性質も持っていて、時間スケールの違いにより異なったレスポンス・挙動を示す。 ⇒　マントル内を伝播する地震波（短い時間　　　でのレスポンス、～105秒以下）は、弾性波の波動方程式で表現される。 ⇒　長い時間（> p・107秒）では、流体運動を　　　　表す方程式で記述することができる。 2

地球物質の二面性： レオロジー 0.1~10 sec 10~500 sec 100~5000 sec 弾性体 破壊 地球物質の二面性：　レオロジー 弾性体 破壊 地震波： Vp, Vs (VSH, VSV) 地震断層 0.1~10 sec 1秒 10秒 100秒 数時間 半日 1日 表面波：　 レイリー波とラブ波 自由振動 潮汐：　地球潮汐（Earth Tide) 12h25min, 23h56min 　　　　　海洋潮汐（Ocean Tide)　 　　太陽潮汐 　 月潮汐：　潮汐の歪が地震を誘発：　 　　　　　　　　　　ダム直下の微小地震、月震（地球による潮汐） 　　　　　　　　　　木星によるイオの潮汐：マグマ活動 10~500 sec 100~5000 sec 力の加わる周期 数万年 スカンジナビア半島の隆起 北米ローレンタイドの隆起 2x1011 sec マントル対流 ~10 cm/year 粘性流体 流動 5x1011 sec

変形の種類 － 地震波の伝播 ・弾性 (elasticity) ・塑性 （plasticity） － マントル対流 ・脆性 （brittleness） －　地震波の伝播 －　マントル対流 －　地震断層破壊 4

変形を起こしている力が取り除かれれば元に戻る形や大きさの一時的な変化 弾性変形 変形を起こしている力が取り除かれれば元に戻る形や大きさの一時的な変化 塑性変形・脆性破壊 ・応力が取り除かれても回復しない形や大きさの永久変化。 ・物質の原子や原子の集まりの相対的なスベリによって起こる。 5

岩石の変形 (Deformation of Rocks) 　⇒　構造地質学 褶曲や断層に現れる。 6

変形に関わる要素 ・温度 ・圧力 ・歪速度 ・岩石の種類 de/dt 温度・圧力・変形速度・鉱物組成 7

脆性変形（破壊） ・加えられている応力のもとで、凝集力を失う。 8

Ductile-Brittle transition in the Crust

流動のメカニズム（Flow law） 線形流動 Diffusion creep 拡散クリープ 非線形流動 　Power law creep べき乗クリープ 流動のメカニズム（Flow law） 拡散クリープとは Diffusion Creep 拡散クリープ： 歪速度は応力に比例する

Dislocation Creep n~3, disloction creep 転位クリープ

図３４ 固体の流動 変形機構図（Deformation mechanism map)

de/dt ~sn de/dt ~s 図３４ n~3 変形機構図 （Deformation mechanism map) 粒界拡散クリープ領域 de/dt ~s 変形機構図　（Deformation mechanism map)

図３４ｂｃ

Mosaic of Earth’s Plates プレートテクトニクス Mosaic of Earth’s Plates 20 Peter W. Sloss, NOAA-NESDIS-NGDC

プレート運動の相対速度（スピードと方向） 21

大陸の縁の形の一致 22

化石の異常分布 23

異なった大陸に分布する地質学的データに基づき、 Alfred Wegener が初期の大陸移動説を提唱する。 １９１５年 異なった大陸に分布する地質学的データに基づき、 Alfred Wegener が初期の大陸移動説を提唱する。 １９２９年 Arthur Holms は、地殻下の対流による大陸移動説を唱える。 後年まで陽の目を見なかった。 24

第二次世界大戦後（1946-50) ⇓ 大戦中に開発された計測機器を使い、海洋底の探索を始めた。 これにより、海洋底の地殻は玄武岩質で厚さは数ｋｍで、花崗岩質の大陸地殻が４０kmくらいあるのに対照的であることが分かった。 25

海洋底の古地磁気 （岩石に記録された古い時代の磁場） 海洋底の古地磁気　 （岩石に記録された古い時代の磁場） の解析により、プレートテクトニクスが構築された。 26

0 140 240 Million years

海洋底で観測される磁化異常(2D) 28

海洋底で観測される磁化異常（3D） 　　海洋底拡大説 29

Plate Tectonics in the early Mars Connerney et al. (2005) Proc. Natl.Acad.Sci. USA, 102, No.42, 14970-14975 Connerney, co-investigator for the Mars Global Surveyor magnetic filed investigation at NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md http://www.nasa.gov/centers/goddard/news/topstory/2005/mgs_plates.html

The Supercontinent of Pangaea (超大陸パンゲア） (~200 million years ago，2億年前) 31

プレート運動の再構築 32

マントル対流とプレートテクトニクス 33

地震波トモグラフィー － マントルダイナミクスのスナップショット 地震波トモグラフィー　 －　マントルダイナミクスのスナップショット 34

上部マントル 海嶺 大洋島 660 km 2900 km 下部マントル 外核 5150 km 島弧 海洋島 マントル遷移層 内核