[論文レビュー] Two mechanisms of formation of asthenospheric layers

Leszek Czechowski, M. Grad|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2018

High-pressure geophysics and materials参考文献 13被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、アステノスフィア層の形成に寄与する2つの異なるメカニズムを特定している：一つは温度比（融解温度と温度の比）による熱的要因、もう一つは一時的で時間に依存するせん断応力による要因である。研究では、せん断応力によって誘発されるアステノスフィアが恒久的ではないこと、すなわちリソスフィア-アステノスフィア境界の動的進化に関する新たな知見を提供している。

ABSTRACT

The theory of plate tectonics describes some basic global tectonic processes as a result of motion of lithospheric plates. The boundary between lithosphere and asthenosphere (LAB) is defined by a difference in response to stress. Position of LAB is determined by: (i) the ratio (melting temperature)/( temperature) and (ii) an invariant of the stress tensor. We consider the role of these both factors for origin and decay of asthenosphere. We find that the asthenosphere of shear stress origin could be a transient, time-dependent feature.

研究の動機と目的

• リソスフィア下でのアステノスフィア層形成の背後にある物理的メカニズムを調査すること。
• 融解温度対温度比がアステノスフィア形成に果たす役割を特定すること。
• 応力テンソル不変量がアステノスフィア発達に与える影響を分析すること。
• せん断応力が一時的アステノスフィア層を生成できるかどうかを評価すること。
• 応力誘発アステノスフィア特徴の時間に依存する性質を明確にすること。

提案手法

• 研究は、材料の応力に対する応答に基づく理論的枠組みを用い、応力テンソル不変量を主要なパラメータとして焦点を当てる。
• アステノスフィア形成の制御変数として、融解温度と実際の温度の比を適用する。
• 差圧下での力学的挙動を組み込むことで、層の発達を評価するモデルを構築する。
• 熱的駆動と応力駆動のアステノスフィア形成メカニズムの区別を分析する。
• 時間に依存するシミュレーションを用いて、せん断応力誘発アステノスフィア層の一時的性質を評価する。
• 理論的導出と物理的モデリングを用いて、アステノスフィア特徴の安定性と進化を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リソスフィア-アステノスフィア境界（LAB）の位置を決定するのは何であるか？
• RQ2 融解温度対実際の温度比がアステノスフィア形成にどのように影響するか？
• RQ3 応力テンソル不変量がアステノスフィア層発達に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 せん断応力は安定的または一時的アステノスフィア層を生成できるか？
• RQ5 せん断応力によって形成されたアステノスフィアは時間に依存する特徴であるか？

主な発見

• 融解温度対実際の温度比は、アステノスフィア層形成を決定づける重要な要因である。
• 応力テンソル不変量は、アステノスフィア発達に至る力学的応答を定義する上で中心的な役割を果たす。
• せん断応力によって形成されるアステノスフィア層は一時的で時間に依存するものであり、恒久的特徴ではない。
• せん断応力はアステノスフィア層の形成を誘発できるが、こうした層は力学的緩和のため時間経過とともに消失する可能性がある。
• 本研究では、熱的および応力駆動の2つの異なるメカニズムが、独立してアステノスフィア層形成をもたらす可能性があることを確認した。
• 結果から、応力誘発アステノスフィアは定常状態の特徴ではないことが示唆され、静的LABモデルの仮定に疑問を呈するものである。