[S-CG54] 岩石―流体相互作用の新展開：表層から沈み込み帯深部まで

[SCG54-P02] 海洋プレートの沈み込みにおけるプルームと蛇紋岩化による影響に関する数値シミュレーション

*植田 晃一¹、吉田 晶樹¹ (1.立命館大学)

キーワード：海洋プレートの沈み込み開始、蛇紋岩化、高温の熱プルーム、水による弱化

地球の表面は海水で覆われているため熱的にみると冷たい熱境界層，すなわち，硬い岩盤で覆われている. 地質学的時間スケールで見ると，このプレートが地球内部へと沈み込むプレートテクトニクスによって地表の物質が内部へと運ばれる．しかしながら，沈み込みがどのように開始されるかは依然として議論が必要である．本研究では，ここ20年で注目されつつある，カンラン岩の蛇紋岩化とマントル深部からのプルームが沈み込みの開始に及ぼす影響について，2次元の数値シミュレーションモデルを用いて調査する．
本研究では，現在の地球のマントルの温度構造，および，地表から深部の組成構造について系統的な物性値を考慮し，既存のトランスフォーム断層や地殻深部への海水の浸透による弱化に注目した．シミュレーションモデルでは，新しい沈み込み帯を局在化させる要因として，大量の水の供給により蛇紋岩化した破砕帯と破砕帯を挟んだ両プレートとの密度差，並びに，周囲のマントルよりも約60 K高温のマントル上昇流が持つ水平・垂直方向の強制力を評価する．
実験の結果，海洋プレートの沈み込みを促す要因であることを示す２つの特徴が見つかった．(1)既存のトランスフォーム断層や地殻深部への海水の浸透に伴う弱化を組み合わせたモデルにおいて，破砕帯に比較的低い密度差　(200 kg/m³)を与えると，破砕帯がプレート境界で急速な拡大を見せた後，自発的な沈み込みが起こることがわかった．(2)破砕帯を挟んだ両プレートに大きな年代差 (7000 万年)があるモデルにおいて，マントル上昇流はプレート下面に到着後，水平と垂直方向に大きな強制力を持つが，沈み込み開始の主要因とはならず，プレート境界に入り込んだ場合，沈み込みを促すことがわかった．
破砕帯に与えた密度差 (200 kg/m³)は蛇紋岩 (2600 kg/m³)とカンラン岩 (3300 kg/m³)の密度差 (700 kg/m³)の約28.6%であり，蛇紋岩化の進行が密度低下と関係がある場合，一部の破砕帯の蛇紋岩化が自発的な沈み込みを促す一つの要因であることを示唆する．また，マントル内には深さ約410-660 kmにかけて岩石の相変化があるため，深部マントルから地表までマントルプルームがどのような振る舞いをするのか不明であるが，本研究のモデルでは，深さ300 kmに直径100，200，300 kmの高温球を想定し，プルームによる強制力が沈み込み開始に有利に働くかどうかを検討した．
蛇紋岩化される領域が温度や水の供給環境に大きく関係があることや，プルームの強制力による融解作用も見込まれるため，次の段階ではこれらが沈み込み開始にどのような影響を及ぼすのかをさらに検討する．