金曜日セミナー 2012 年度の予定／記録

プレート沈み込み帯には海洋プレートと共に大量の堆積物が持ち込まれる。 近年、それらから吐き出される水の定量的評価が進んでいる。圧密による間隙水から の脱水は数キロ程度までに完了する。しかし、含水鉱物系からの脱水の多くは温度 依存であり、摂氏１５０度程度まで続く。その深度は熱流量から推定される地震発生帯の 上限付近であり、津波発生を伴うそれより浅い部分でのプレート境界のすべり や浅部VLF、あるいはクリープのメカニズムを考える時には無視できない。地震発生帯 に相当する～１５０℃ー～３５０℃程度の領域にはこれまで脱水が起こる主要 な含水鉱物はないと考えられていたが、最近。玄武岩基盤に存在す るFe-smectite-saponite-chrolite系が連続的に脱水ことが確認され た。南海トラフの掘削によって得られた玄武岩基盤、陸上に見られる付加体に含まれ る玄武岩の変質鉱物としても主要な構成鉱物であることが確認された。サンアンド レアス断層掘削によってもクリープ機構にこれらの脱水が重要な貢献をしているとの 仮説も提案されている。セミナーではこれらの最近の研究を紹介する。

A small amount of melt significantly influences the viscosity and deformation behavior of an otherwise crystalline rock. In turn, deformation not only aligns melt pockets but also causes melt to segregate into melt-enriched channels. The kinetics and extent of melt segregation is greatly enhanced if the melt is out of equilibrium with the host rock. In our laboratory, we study stress-driven melt segregation and associated strain localization using high-strain torsion experiments under well-controlled thermomechanical conditions. Our goal is to understand these physical processes with application both to rapid extraction of melt from beneath mid-ocean ridges along the high-permeability melt-enriched channels and to formation of low-viscosity, low velocity layers at the lithosphere-asthenosphere boundary.

2011年東北地方太平洋沖地震は，発生直後から869年貞観地震との類似性が指摘 された．近年の津波堆積物調査によって津波浸水域や断層モデルが事前に示され ていたからである．このため津波堆積物をはじめとした過去の地震を探る研究 （古地震研究）が注目されるようになり，国や関係自治体だけでなく民間企業ま でが被害想定のための津波堆積物調査を行うようになった．過去を知ることの重 要性が認識されるようになったことは良いことではあるが，一方で，津波堆積物 でなんでも分かるかのような過度な期待を持たれている懸念もある．そもそも津 波堆積物は，その認定方法も確立されておらず，まだ発展途上の分野である．本 セミナーでは津波堆積物とはどのように調査され，そこから何がわかるのか（わ からないのか）について，各地での調査事例なども交えながらお話しする．

Water and friction play central roles in controlling the mechanics of earthquakes, slow-slip behavior, glacier dynamics, and the style of some types of volcanic eruptions. In each case, the underlying micro-scale physical interactions can be homogenized to pro- duce tractable models for the macroscopic behavior that is observed at geological scales and inferred from geophysical data. Simple continuum treatments that provide useful insights into some aspects of the physical system are prone to failure in describing other key observations, emphasizing the need for rened constitutive laws that incorporate additional experimental, numerical (e.g. particle dynamics), and theoretical constraints. I discuss how my collaborators and I are attempting to identify and address such is- sues for a variety of geophysical systems, with a particular focus on understanding how water transport and frictional rheology in uence shear-zone widths during earthquakes, slow-slip transients in a subduction melange, temporal and spatial transitions in sliding beneath glaciers, and the quasi-steady-state extrusion of volcanic spines.

The failure of heterogeneous materials is a complex process taking place on a very broad range of scales: from the separation of atomic bonds, to the nucleation and growth of micro and macro voids, and even up to larger geological scales during earthquakes and fault dynamics. During the seminar, we will discuss a model experimental set-up that allowed us to access and characterize in all details such a complex spatio-temporal dynamics, also called “Crackling Noise”. Using both a high-resolution fast camera, and microphones, we could track the slow growth of a crack front along a weak heterogeneous plane of a Plexiglas block, and show that the fracture front dynamics displays an intermittent behavior driven by avalanches with very large size and velocity fluctuations. Such a crackling dynamics can be fully reproduced through a stochastic description derived from Linear Elastic Fracture Mechanics and extended to weakly disordered materials. In this approach, quasi-static failure of heterogeneous brittle materials can be interpreted as a dynamic phase transition and as such, exhibits universal scaling behaviors. 詳細なアブストラクト

GPS連続観測網（GEONET）により日本列島の広域地殻変動の連続的なモニタリ ングが可能になって、20年近くが経過した。この間、地殻変動の解析により、地 震やスロースリップなどの滑りやプレート境界の固着域の推定がなされてきて、 日本海溝沿いでも宮城県沖を中心とした広大な領域が固着していることが推定さ れてきた。しかし、東北地方太平洋沖地震が発生するまで、広大な領域に蓄積さ れたひずみが巨大地震として解放されることを予想することはできなかった。本 セミナーでは、沈み込みプレート境界における、すべりと固着についてGPSデー タの解析からわかることとその限界について、日本海溝、千島海溝、相模トラフ 沿いにおける解析結果を交えて紹介する。

良導体である海水の地磁気下における運動は電磁場変動を誘導する事が知られており、この数年で津波による誘導電磁場も報告されるようになってきた。誘導電磁場は津波に伴う海水の粒子運動に依存することから、電磁場観測はベクトル型（水平２成分）の津波観測を可能にする新たな観測手段となり得る。2011年東北地方太平洋沖地震においては複数の海底および陸上観測点で津波誘導磁場が報告されている。その中でも、太平洋プレート上の日本海溝近くの観測点（北緯39.0度、東経144.8度）においては、三陸海岸における被害を大きくしたと考えられる短周期の津波に対応すると考えられる磁場変動が記録されている。この磁場記録から推定された津波の到来方向と到達時間より、津波の波源は震源より北部の北緯39.0-39.5度付近の海溝部付近に存在したと推定される。講演では、この波源の真否について他の水位計データも用いた津波シミュレーションなどに基づく議論も行う。この他に、講演では父島の地磁気観測所で観測された磁場シグナルについても取り上げる。父島の観測所では、磁場変動は潮位計のデータと比較して10分程度先行している。この原因の考察と津波到来の早期予測への発展性についても議論する予定である。また、電磁気観測手法を利用したリアルタイム津波観測の可能性についても議論する。

We simulated two important phenomenon of engineering interest, which involves 3D crack propagation. 3D wing crack growth is an important phenomena which lies at the heart of the shear failure of brittle materials while shock wave induced crack propagation is important in ultrasonic assisted kidney stone breaking. All these simulations are done with PDS-FEM, due to its numerically efficient failure treatment. Details of these simulations are presented. We simulated the growth of 3D wing cracks around pre-existing circular cracks, slanted to loading direction, in blocks of brittle linear elastic material under uniaxial compression. 3D crack growth is still a vaguely understood phenomenon in failure studies, though it is one of the key mechanisms of failure under compression. The complex 3D wing crack profiles are reproduced with PDS-FEM, which uses non-overlapping shape functions of conjugate geometries to approximate functions and their derivatives. Large scale models with millions of elements are used to accurately reproduce the experimentally observed details of wing crack profiles. The bending of crack surfaces at the tip of mode-I regions, extension of wing cracks and the growth of tensile openings at mode-III regions are reproduced. Some of the Shock Wave Lithotripsy(SWL) related experimental observations reported in literature, including 3D dynamic crack propagation, are simulated with the aim of understanding the fragmentation of kidney stone with SWL. Extracorporeal shock wave lithotripsy (ESWL) is the fragmentation of kidney stones by focusing an ultrasonic pressure pulse onto the stones. 3D models with fine discretization are used to accurately capture the high amplitude shear shock waves, which play important role in kidney stone fragmentation. Experimentally observed 3D photoelastic images of transient stress waves and crack patterns in cylindrical samples are successfully reproduced. The results shows that the high amplitude shear waves induced in solid, by the lithotriptor generated shock wave, play a key role in stone fragmentation.

Deep “non-volcanic” tremor has been observed at many major plate-boundary faults. Recent studies have shown that triggered tremor occurs on the same fault patches as ambient tremor and can be used as a proxy to estimate background tremor activity. A systematic global search of triggered tremor could help to identify the physical mechanisms and necessary conditions for tremor generation. Following our previous studies, we conduct a global search for tremor triggered by teleseismic earthquakes on major subduction zones around the Pacific Rim. These include the Nankai subduction zone and Kyushu, Honshu, and Hokkaido regions in Japan, New Zealand, the Cascadia subduction zone, Alaska and Aleutian Arc, and the major subduction zones in Central and South America. In addition, we examine major strike-slip faults around the Caribbean plate, the Alpine fault in the South Island of New Zealand, the Queen Charlotte fault in northern Pacific Northwest Coast, and the San Andreas fault system in California, and the collision environment in Taiwan. In each place, we first identify triggered tremor as a high-frequency non-impulsive signal that is in phase with the large-amplitude teleseismic waves. When possible, we locate triggered tremor using a standard envelope cross-correlation technique. We also calculate the dynamic stress and check the triggering relationship with the Love and Rayleigh waves. Finally, we calculate the triggering potential with the local fault orientation and surface-wave incident angles. Our current results suggest that tremor could be triggered at many plate-boundary faults in different tectonic environments. Their triggering behavior could be best explained under the Coulomb-Griffith failure criteria. The apparent triggering threshold is on the order of 1-10 KPa, although this value could be partially influenced by the background noise level or quality and quantity of seismic data.

We studied the feedbacks between melts and deformation in the upper mantle through structural mapping and detailed microstructural studies in four massifs, which preserve an exceptional record of physico-chemical interactions in a transient lithosphere-asthenosphere boundary. The studied natural systems comprise: a 100m section in the Moho Transition Zone (MTZ) of the Oman Ophiolite, a section of the central Lanzo massif (Alps) characterized by anastomozed network plagioclase-rich lherzolites, which locally grades into a diffuse cm-scale compositional layering, the Lherz peridotite massif (Pyrenees), and the Ronda massif in the Betics. Except for the refertilization front in Lherz, which is extremely convoluted, suggesting formation by coalescence of relatively narrow (? 10 m) melt infiltration channels and hence that melt migration preceded deformation, structural relations imply in deformation in presence of small melt fractions and deformation- controlled melt distribution. The layering parallels the foliation, layers limits are diffuse, and mm- to cm-scale lenses of fertile material parallel the foliation of refractory layers. Olivine (and orthopyroxene, when present) form coarse weakly elongated crystals with undulose extinction, subgrains or kinks, sutured grain boundaries. Clinopyroxene, spinel, or plagioclase occur in elongated aggregates, but lack evidence for solid-state deformation. Crystal-preferred orientations (CPO) provide strong evidence for deformation in presence of variable melt fractions. The most striking is the change in olivine CPO at the mm-scale in the Oman MTZ. Layers with <70% olivine show strong [100] maxima parallel to the lineation (axial-[100] pattern), whereas layers with <50% olivine have [100] dispersed in the foliation and concentration of [010] normal to it (axial-[010] pattern). Dispersion of olivine [100] axes is also observed in the plagioclase-rich lherzolites from Lanzo and in the refertilized domains of Lherz and Ronda. This corroborates that deformation in presence of melt results in axial-[010] olivine CPO patterns, probably due to localized transpression or sliding along preferentially-wetted (010) grain boundaries in melt-rich layers. Olivine CPO patterns in the lherzolites are, however, usually intermediate those in the dunites and gabbros of the Oman MTZ, consistent with the less developed segregation in the orogenic massifs. Since the change in olivine CPO symmetry is not associated with dispersion, it depends on the strain cumulated in presence of melt rather than on the instantaneous melt fraction. In summary, these data imply that in a deforming partially molten mantle, melts tend to concentrate in bands aligned in the shear plane, forming an anastomosed network that may grade with increasing shear into a planar layering. This may create a mechanical anisotropy by reducing the shear viscosity parallel to the bands. Our data also show that deformation in presence of melt results in axial-[010] patterns and hence in a different seismic anisotropy signature, characterized by a lower azimuthal anisotropy in the flow plane and a slow symmetry axis.

Volcanoes at mid-ocean ridges, hot spots, and subduction zones are supplied by magma from the asthenospheric mantle. The petrological thermodynamics of mantle melting has been thoroughly explored with laboratory experiments at high pressure and temperature. Laboratory experiments are now providing insight into the fluid dynamics of partially molten regions of the mantle, from the scale of a single solid grain to the scale of thousands of grains, aggregated together with melt. Experiments, however, cannot reveal the pathways on which melt segregates from the source rock and travels to a magma chamber beneath a volcano, or how this transport interacts with the large-scale thermal and flow structure of the mantle. Theoretical/computational models are therefore required to connect the coupled magma/mantle dynamics at the grain scale with that of a plate tectonic boundary. Such models can be used to interpret geophysical observations of proxy measurements such as seismic wave-speed and electrical conductivity. In this talk I describe a theoretical framework for two-phase mantle dynamics. I discuss the use of high-performance computation to investigate solutions to the governing equations. Comparison of simulations with laboratory experiments provides a (partial) validation of the theory, but also raises difficult questions about the rheology of the two-phase aggregate. I discuss application to the question of melt production and extraction beneath mid-ocean ridges. In particular, I explore some of the possible consequences of mantle heterogeneity with consideration for melt interaction with the lithosphere. Finally, I return to the laboratory scale and review ongoing work with Prof Takei of the ERI to develop and explore new models for the rheology of the partially molten mantle.

2011年東北地方太平洋沖地震に伴い東日本に広く地殻変動が引き起こされ、その変動の検出にはGPS観測網が絶大な威力を発揮した。しかし、特に山地や国立公園などでは観測点間隔が大きく、局所的な変形の把握は困難であった。そこで、人工衛星搭載型の合成開口レーダー(SAR)で地表を面的に撮像した画像を解析した結果、東北日本の複数の活火山で沈降が誘発されていたことが明らかになった。最近になって、同じくSAR解析により2010年にチリで発生したMaule地震(Mw 8.8)も複数の火山の沈降を誘発していたことがコーネル大学のPritchard博士らの研究で明らかになった。このことは、海溝型巨大逆断層地震が火山の沈降を誘発することの普遍性を示唆する。本発表では、具体的なデータ解析と数値シミュレーションについて解説し、巨大地震に伴う火山の沈降メカニズムを提示する。最後に近年の東北地方の火山地域での地震の例を交えて、地震と火山の相互作用について、やや雑駁に考察する。

1975年のKrafla拡大事件の後、アイスランドのプレート発散が地質学的 　な平均速度(NUVEL1)の三倍速になったことが初期のGPS観測によって知られて 　いる(Heki et al., JGR 1993)。海溝型地震はプレート収束事件(convergent 　episode)と考えられ、それに続くプレート収束の加速があっても良い。海溝 　型地震に続いて発生するafterslipは陸側プレートの「加速」に他ならない。 　では海側プレートの沈み込みも地震後に加速するのだろうか。これまで地球 　上の様々な場所でGPS観測が行われてきたが、海溝の海側に適当な島が存在す 　ることが希なため、その答えは現在まで得られていない。 プレート沈み込みの加速がある程度広域で起こるなら、地震が発生したセグ メントに隣接するセグメントでのプレート間カップリングの増加として検出 できる可能性がある。本研究では2003年十勝沖地震後、隣接する根室沖と陸 中沖で固着が強くなったことを示し、スラブに働く力のバランスの再調整を 考えた簡単な力学モデルでそれを説明する。 GPSデータからは2003年9月に太平洋プレートの沈み込み速度は約1.5倍となっ たことが示唆される。また2011年3月の東北沖地震の後にこれがさらに加速さ れ、現在NUVEL1の約三倍の速度で沈み込みが進行中であると思われる。宮城 沖の海底GPS点の奇妙な動き（東北沖地震の後、陸向きに年間20cmを超える速 度で移動）は、これによって説明可能である。また2003年9月の時点で沈み込 みの方位も約7度、半時計回りにシフトした可能性がある。 　本セミナーでは、プレート収束の加速の概念を発展させ、重力観測衛星で見 　いだされた海溝型巨大地震後にゆっくり進行する重力増加(Ogawa and Heki, GRL 　2007)や海溝型地震の連動等について論じる。また、過去百年間に地球の平均 　極はグリーンランドの方向にゆっくり移動してきたが、それと直交する方向 　に十年程度の周期を持つ振動（マルコウィッツ・ウォブル）が知られている。 　環太平洋の沈み込み帯における過去の収束加速事件との関連を議論する。

Hi-netに代表されるような高密度観測の観測が開始されてから一定期間が経 ち、高密度・高質なデータが蓄積されつつある。長期間にわたる高密度・安定な 観測記録は、地震波を点における時系列としてではなく時空間にわたった波動場 として捉えることを可能にしてくれる。本セミナーでは地震波動伝播の物理と地 球内部不均質構造の理解のために、大量の観測記録をどのようにモニタリングし どうやって理解するか、という事例をこれまで取り組んできたいくつかの研究か ら紹介する。 また、地震波と津波は波動現象として共通の部分が多く、沖合にかぎっては弾 性論をもちいて統一的な取り扱いができるほか、モニタリングにも共通の手法を 用いることができると期待される。今後数年以内に構築される高密度海底地震津 波観測網の構築を見越してすすめている、あらたなモニタリング手法の開発につ いても紹介する。

安芸先生が1966年Parkfield地震の際に得られた断層近傍の波形記録を紹介されてから、はや半世紀が経とうとしている。近年の地震観測網の高密度化により、断層近傍の地震記録が蓄積されてきている。断層近傍の記録は、地震破壊全体の情報というよりは、観測点付近の局所的な断層運動の情報が卓越している。それゆえ、波形インバージョンによって断層面上のすべり分布を求める際には除外される傾向にある。しかし、局所的とはいえ、断層運動そのものの情報を含んでおり、断層運動のダイナミクスに関する情報を抽出するには貴重なデータである。ここでは、2002年Denali地震、2008年岩手宮城内陸地震、2008年Wenchuan地震などの断層近傍で得られた地震波形記録を用いた解析例を紹介し、地震破壊のダイナミクスに関して議論を行う。

2011年東北地方太平洋沖地震の震源となった宮城県沖においては，「想定宮城県 沖地震」の発生前後でみられる地震活動や地殻変動を捉えることを目的として， これを待ち構えるかたちで集中的な海底観測が繰り返し，あるいは長期継続して 実施されてきた．本セミナーでは，こうした海底観測が捉えた宮城県沖の地殻活 動を，東北地方太平洋沖地震の前，地震時，地震後のそれぞれについて紹介する とともに，その空間分布と破壊域周辺の海底下構造の不均質性との関係について 議論する．

摩擦力変化を司る式(摩擦則)を仮定して、弾性体力学の拘束の下で断層上の応力・すべり発展を解くモデルスタディが盛んに行われている。それらを大きく分けると、単純なモデル上でパラメータを変化させて振る舞いを調べる数値実験と、実断層の振る舞いの何れかの特徴を模擬した結果を展示する計算とがある。本セミナーでは主として後者、東北地方太平洋沖地震を扱った研究を紹介する。東北地方太平洋沖地震は、平均して強度が低いプレート境界断層上で比較的局所的に巨大すべりが起こったものと推定されており、摩擦発熱に伴う間隙流体のthermal pressurizationのような動的な摩擦弱化が(当該領域で)大々的に生じた、というような仮定と相性が良い。そこで、このthermal pressurization作用という仮定の上で、異なった摩擦係数変化則を用いた複数の数値モデルを構築した。すると、繰り返し起こる通常の大地震の震源域を巻き込んで破壊する浅部巨大すべり地震の発生(Kato and Yoshida, 2011)や、東北地震のモーメント解放パターン等をそれなりに説明できることがわかった。断層上の平均値に関しては、既存の地震波放射効率-マグニチュードに関する経験的スケーリング則(Ide and Beroza, 2001)からのズレも見られなかった。ところで、thermal pressurizationを含めた摩擦則の非線形性から、計算結果が全体としてパラメータへ敏感に依存する。これは実断層のパラメータを拘束するために良い点と言えるのかもしれないが、そもそも実断層上での真の摩擦則が全くわからないこと(そして摩擦以外の強い仮定; 媒質の性質、断層の扱い方、パラメータ不均質の程度など)を考えれば、仮にパラメータを拘束したところでその値にどこまで意味があるのかわからない、とも言える。少なくとも、こういった仮定の山の上に構築されたモデルに過度の定量性は求め難い。一方で、このようなモデルからは、数多のパラメータ・仮定のうちで特に何が鍵か、ということについてヒントを得ることができるかもしれない。一例として、摩擦発熱を考慮することで陽に現れる絶対応力レベルの効果、その重要性について計算例から議論する。

Pbnm- 及び Cmcm-CaIrO3の結晶弾性定数をX線非弾性散乱法により決定した。前者はペロブスカイト構造、後者はポストペロブスカイト構造をとっており、それぞれ、下部マントルとD”層の主要構成鉱物であるMgSiO3ペロブスカイトとMgSiO3ポストぺロブスカイトのアナログ物質である。今回の結果は、同じ化学組成でペロブスカイト相とポストぺロブスカイト相の両方の結晶弾性定数をセットで決定した最初の事例である。CaIrO3ポストぺロブスカイト相の弾性波速度異方性はCaIrO3ぺロブスカイト相の約2倍である。相境界におけるCaIrO3ペロブスカイト相とCaIrO3ポストぺロブスカイト相の方位関係を仮定し、相境界における弾性波速度変化の様式を検討した。CaIrO3の場合では、相境界におけるP波速度変化とS波速度変化の正負(符合)のあらゆる組み合わせが可能であることが示された。P波速度とS波速度の両方がほとんど変化しない境界（サイレント境界）も存在する。理論計算により下部マントル条件下でのMgSiO3の両相の結晶弾性定数が求められているので、その結果を用いて同様の解析を行った。その結果、相境界におけるP波速度変化とS波速度変化に対してCaIrO3の場合と同様の傾向が確認できた。今回の知見は、地震学で観測されているD”不連続面の顕著な地域性･多様性に対する一つの解釈を与えるものである。

地球科学諸現象の解明には，高次元・大量の観測・測定データの中に隠れている本質的な物理化学プロセスや構造を抽出することが重要である．ベイズ推論とは，ベイズの公式により因果律を遡ることで，計測データからその原因となる物理過程・物理量を推定するデータ駆動型の逆解析アプローチのことである．ベイズ推論では，既知のフォーワード（順）モデルや先験的知識を逆解析に柔軟に組み込むことにより，データから最大限に有用な情報を抽出することが可能である．最近では，ベイズ推論に不可欠な最適化手法の発展と計算機性能の向上を背景に，地球科学をはじめとした様々な自然科学分野に広く用いられるようになってきた．本講演の前半では，マルコフ確率場モデルを用いた地球内部構造評価を例に，ベイズ推論の意味や有効性について紹介する．一方で，我々は，対象とする系のフォーワードモデルがそもそもよくわからない問題にしばしば遭遇する．近年，情報科学分野で大きな注目を集めるスパースモデリングは，高次元・大量のデータから，データを記述する本質的な少数の（スパースな）次元を自動選択することで．データに隠れた法則・モデルを抽出することが可能である．本講演の後半では，スパースモデリングを脳の視覚処理や津波堆積物の地球化学的判別へ適用した研究について紹介し，ベイズ推論やスパースモデリングを代表とするデータ駆動型の情報処理技術が今後，地球科学に果たす役割について展望を述べる．

火山噴火の噴火様式と噴出量の予測は、近年の噴火予知の大きな課題であ る。過去の噴火の噴出物調査や、十分稠密に張り巡らされた観測網による地殻変 動のデータから、これらを予測することはテクノロジーとしてはある程度可能で あろう。しかし、その背後にある支配要因を特定し、それに関わる法則性や仕組 みを、地表での観測量だけから理解することは難しいように見える。この困難を 克服する一つの方法は、自然現象と似た性質を示す実験系を調べることである。 前駆微動の発生が火山噴火と似ている天然の間欠泉は、時間予測性という顕著な 特徴を示す。時間予測性とは、噴出量がわかれば、その値から次の噴出までの時 間が予測できることであり、物質とエネルギーの保存の仕組みが最も簡単なシス テムに相当する。しかし、この簡単なシステムにおいてさえ、確率的に変動する 噴出量を前もって予測することは極めて困難であり、手掛かりとなる観測量につ いては言うに及ばず、その背後にある支配要因や仕組みについては全く理解され ていない。本講演では、時間予測性を示す室内間欠泉実験を紹介し、その測定量 である噴出量・噴出様式の統計データ、温度・圧力の時間変化データ、及びシス テム全体の時間変化画像の分析から、噴出様式と噴出量の支配要因が、噴出直前 での熱水だまりの過飽和度不均一構造であることを示す。さらに、定量的モデル を用いて実験結果を説明し、噴出直前の熱水だまりの状態を評価するために、 「噴出（噴火）ポテンシャル」という概念を提案する。

西南日本の短期的スロースリップの伝播パターンは共存する微動震源の 伝播パターンでよく代表されているだろう．Ide, 2010 (Nature)は， 四国西部の観測で長距離に渡る微動の移動パターンが概ね放物線的に 減速するパターンを示すことを指摘したが，我々も紀伊東部でそれを 確認した．地震性・非地震性滑りが共存する系における，これらの特徴 的なパターンは，断層面に粘性流動する背景領域とその中の脆性的な パッチ領域からなる不均質構造を考慮した物理モデルでよく説明される． さらに伝播のパターンと背景領域の速度強化特性の間には密接な関係が あることが理論的に示された．それによると放物線パターンは，線形の 速度強化特性（ニュートン粘性）を意味する（Ando et al., 2012, JGR）． 一方，東北沖地震の２日前の最大前震の余震活動は，放物線的に減速しな がら本震震源に接近したことが観察され，前震の余効滑りが本震への最後 の引き金を引いたと解釈される（Ando and Imanishi, 2011, EPS）． 両者には，よく似た物理が働いているかもしれない.

Seismic tomography studies indicate that the Earth’s mantle structure is characterized by African and Pacific seismically slow velocity anomalies (i.e., thermochemical piles) and circum‐Pacific seismically fast anomalies (i.e., degree-2) in the lower mantle. Mantle convection calculations including plate motion history for the last 120 Ma suggest that these degree-2 thermochemical structures result from plate subduction history (e.g., McNamara and Zhong, 2005). Given the important controls of mantle structure and dynamics on surface tectonics and volcanism and geodynamo in the core, an important question is the long-term evolution of mantle structures, for example, was the mantle structure in the past similar to the present-day’s degree-2 structure, or significantly different from the present-day? To address this question, we constructed a proxy model of plate motions for the African hemisphere for the last 450 Ma using the paleogeographic reconstruction of continents constrained by paleomagnetic and geological observations (e.g., Pangea assembly and breakup). Coupled with assumed oceanic plate motions for the Pacific hemisphere before 120 Ma, this proxy model for the plate motion history is used in three‐dimensional spherical models of mantle convection to study the evolution of mantle structure since the Early Paleozoic. Our model calculations reproduce well the present‐day degree-2 mantle structure including the African and Pacific thermochemical piles, and present-day surface heat flux, bathymetry and dynamic topography. Our results suggest that while the mantle in the African hemisphere before the assembly of Pangea is dominated by the cold downwelling structure resulting from plate convergence between Gondwana and Laurussia, it is unlikely that the bulk of the African superplume structure can be formed before ∼230 Ma. Particularly, the last 120 Ma plate motion plays an important role in generating the African thermochemical pile. We reconstruct temporal evolution of the surface and CMB heat fluxes and continental vertical motions since the Paleozoic. The predicted vertical motion histories for the Slave and Kaapvaal cratons are consistent with those inferred from thermochronology studies. The predicted CMB heat fluxes were used as time-dependent boundary conditions for geodynamo simulations. And the geodynamo modelling shows that the time-dependent CMB heat fluxes may explain to the first order the frequencies of geomagnetic polarity reversals (e.g., superchrons).