前期 水曜日 ３講時. 単位数/Credit(s): 2. 担当教員/Instructor : 武藤 潤. 学期/Semester: 前期. 開講年度/Year: 2024. 科目ナンバリング/Course code/number: SES-EAS501J. 使用言語/Language Used in Course: 日本語.
地圏進化学講座
地殻およびリソスフェアの力学とその進化史
Dynamics and evolution of crust and lithosphere
地球を覆う数十枚のプレートの運動は非常に微々たるものだが、その積み重なりによってヒマラヤ山脈が上昇し、東アジアのモンスーン気候を生み出している。2011年に東北地方を襲った東北沖地震と引き続く巨大津波に代表される災害は、この微々たるプレートの動きが数百年・数千年と積み重なった結果である。この震災やその後に日本列島で頻発する内陸地震や火山噴火を通して、我々は人類と地球の時間スケールの違いに目を向ける必要性を感じたことだろう。そこで、この講義では地殻変動のしくみと進化の歴史をたどりつつ、地殻変動研究の基礎となる連続体の力学の基礎理論を学び、地殻岩石の力学的物性と変形、さらに地殻変動を生みだすマントル対流について、他惑星の場合と比較しつつ紹介する。また、この講義を通して、いかにして人類が地球の時間スケールでの現象を理解していくべきかを考える。
The movement of plates covering the earth is very subtle in our daily life, but causes mountain building of Himalayas and creating a monsoon climate in East Asia through geologic ages. Geological disasters such as the 2011 Tohoku-oki earthquake and subsequent gigantic tsunamis are the consequence of this tiny plate movement accumulating as hundreds and thousands of years. From the megathrust event and induced inland earthquakes and volcanic eruption, we recognize the necessity to understand the teconic process through geological time scaels. Therefore, in this lecture we will learn the fundamental theory of the continuum mechanics which is the basis of the research on solid earth, tracing the evolution history of the plate tectonics. Then we will also learn that plate movement is the surface expression of mantle convection representing mechanical properties and cooling histories earth. Through this lecture, we will consider how we should understand the dynamics and evolution of our dynamic Earth.
広く地殻変動およびジオダイナミクスに関する基礎的現象の数理的背景を習得し、地球惑星科学の諸問題に対する解決の糸口を自ら発見できるようになること。また、その糸口から問題を解決し、その成果を伝える能力を身につけること。
To acquire the mathematical and physical background of fundamental phenomena related to crustal deformation and geodynamics widely and to discover the clue of solving various problems of earth and planetary dynamics.
連続体力学、流体力学、断層と地震、岩石レオロジーについて紹介し、それぞれの地球惑星科学の問題への応用例を、主にTurcotte and Schubertのテキスト（Geodynamics)に沿って講義する。パワーポイントで概略を説明したのち、板書によって講義を進める。板書の内容に沿った計算問題を適宜実施し、課題レポートとする。具体的には以下のような内容を扱う。
・地球物理学的手法を用いた地球の形状と構造の計測
・プレートテクトニクスと固体地球のダイナミクス概観
・弾性論 応力と変形
・重力 アイソスタシー
・海洋プレートの座屈と地層の褶曲
・熱伝導方程式と地球の冷却史および地温構造
・断層力学、摩擦と破壊の力学
・粘弾性体のレオロジーと後氷期隆起
・マントル対流とプリューム
・岩石のレオロジーとマントル対流
・岩石のレオロジーと地殻のダイナミクス
We introduce continuum mechanics, hydrodynamics, fault and earthquake mechanics, rock rheology and give various examples on earth and planetary dynamics. Lectures will be given mainly in accordance with the textbook of Turcotte and Schubert (Geodynamics). After explaining the outline of each topic with PowerPoint, advance the lecture with a board book. We will solve various problems according to the contents of textbook and homework. Specifically, it deals with the following contents.
· Measurement of the shape and structure of the earth using geophysical methods
· Plate tectonics and solid earth's dynamics overview
· Elastic Theory Stress and Deformation
· Gravity isostasy
· Buckling of oceanic plates and folding of strata
· Thermal conduction (heat equation) and the cooling history of the earth and the geothermal structure
· Fault dynamics, dynamics of friction and fracture
· Rheology of the viscoelastic body and uplift of the postglacial period
· Mantle convection and plume
· Rheology of the rock and mantle convection
· Rheology of the rock and the dynamics of the crust
各回の講義時間中に課題レポートを課す。このレポート提出と、セメスター最後に実施する小テストで評価する。
Learning assignments are given at each lecture. Evaluation will be based on the submission of this report, examination at the end of semester.
Turcotte, D. L. and Schubert, G., Geodynamics （Second Edition）, Cambridge University Press, 2002
上記教科書を購入することが望ましいが、講義資料を配布するので、その限りではない。
Turcotte, D. L. and Schubert, G., Geodynamics （Second Edition）, Cambridge University Press, 2002
Turcotte, D. L. and Schubert, G., Geodynamics （Second Edition）, Cambridge University Press, 2002
Turcotte, D. L. and Schubert, G., Geodynamics （Second Edition）, Cambridge University Press, 2002
問い合わせ先：022-795-6627
電子メールアドレス：muto@tohoku.ac.jp
クラスコード： vus3cf3