（１）マントルの対流不安定

内径（例：コアサイズ） ／外径比(Yanagisawa et al., 2016)log[（マントルの深さ）３／マントルの粘性率](Wieczorek, 2015)

（２）放射性元素の地殻への濃集と火成活動の減衰
持続する火成活動 ＝ 地殻のリサイクル

（３）火成活動マントル湧昇流フィードバック
圧力解放によるマグマ生成
湧昇流

火成活動

マグマの浮力＋マグマ移動による母岩の体積変化

R > RMMUbの時のみ働く：惑星サイズの効果

（4）バースト

density [g/cc]

T & magma

residuecomposition
basalt-barrier

original mantle composition(Hirose, 1999)

H > Hcの時にマントル・ダイナミクスを支配。下部マントルの存在が前提
地殻のリサイクリング

（５）プレート・テクトニクスと海嶺火山活動
温度とマグマの分布

組成分布z010002000

0.00.5

1.0[C]

連続的火成活動と地殻のリサイクリング

月(Yanagisawa et al., 2016)

素過程

効果

月

水星

火星

金星

地球

放射性元素の地殻への濃集

火成活動の減衰

◯◯

◯

◯

◯

対流不安定・プルーム

ホットスポット火山

××

◯

◯

◯

火成活動•マントル湧昇流
フィードバック

パルス的火成活動
マントルの均質化

×

◯？

◯

◯

◯

バースト

惑星の二段階進化
パルス的火成活動
地殻のリサイクリン
グ×××

◯

◯

プレート•テクトニクス

連続的火成活動
マントルの不均質化
地殻のリサイクリン
グ××××◯

マグマ・オーシャンによる地殻形成
弱いマントル対流起源の火成活動
Dichotomy(Evans et al., 2018)

月は高温起源？
古典的巨大衝突モデルによる月の初期温度（各粒子が経験した最高温度）(Canup, 2004)(Spohn et al., 2001)

(Ogawa., 2014)

海の火成活動史：40億年前頃→10-20億年前まで持続(Whitten et al., 2015)

熱史：熱膨張(Andrew-Hanna et al., 2013)→わずかに熱収縮(Watters et al., 2015)

低温起源モデル（水平不均質なHPE-分布）(Ogawa., 2018)

月の作り方？
（１）マグマ・オーシャン、（２）内部は低温、（３）dichotomy
形成時間 >> 数ヶ月？

単発衝突による複数の原始月形成と衝突？

(Rufu & Aharonson, 2019)

多重衝突モデル(数百万年）？

(Salmon & Canup, 2012)(Rufu et al., 2017))

火星(Yanagisawa et al., 2016)

素過程

効果

月

水星

火星

金星

地球

放射性元素の地殻への濃集

火成活動の減衰

◯◯

◯

◯

◯

対流不安定・プルーム

ホットスポット火山

××

◯

◯

◯

火成活動•マントル湧昇流
フィードバック

パルス的火成活動
マントルの均質化

×

◯？

◯

◯

◯

バースト

惑星の二段階進化
パルス的火成活動
地殻のリサイクリン
グ×××

◯

◯

プレート•テクトニクス連続的火成活動
マントルの不均質化
地殻のリサイクリン
グ××××◯

火星 = 月 + MMUbフィードバック+プルーム
MO地殻＋海二次的火山による地殻？

地殻形成：20Myr以内〜マントル対流の時間スケール(Bouvier et al., 2018)

http://www.nikon.co.jp/channel/stars/

火星の火山活動史
地殻形成(MO)・成長？

(Grott et al., 2013)

火成活動史と表層環境史の相関
後期重爆撃による水の供給？

(Ehlman et al., 2011)

後期重爆撃？

(Ehlman et al., 2011)(Bottke & Norman., 2017)

初期条件：高温起源？
磁場(>4 Ga)

リソスフェアの弾性的厚さ(Solomon et al, 2005)（Grott et al., 2013)

200

[K]

2200

MOとMMUフィードバックによる地殻形成→静穏期→プルーム火山による脱ガス(Ogawa & Yanagisawa, 2012)

Crustal formation: MO → flood basalt
T & magmacomposition
0.43 Myr

3.16 Myr

11.8 Myr

20.1 MyrPlume magmatism caused by the MMU-feedback
T & magmacomposition

777 Myr

Compositionally dense

778 Myr

Ascent by melt-buoyancy

779 Myr

MMUbフィードバックと火山活動

月火星(Morota et al., 2011)(Keske et al., 2015)

The dormant era & the later degassing by plume magmatism

T & magma

200[K]

2200

compositionwater[wt%]Not so wet in the dormant era?
Water supply by plume magmatism?
By decline of plume magmatism?

(Ehlmann et al., 2011)

火山活動の局在化(Grott et al., 2013)

温度とマグマ分布

熱源分布

金星

(Yanagisawa et al., 2016)

素過程効果

月

水星

火星

金星

地球

放射性元素の地殻への濃集

火成活動の減衰

◯◯

◯

◯

◯

対流不安定・プルーム

ホットスポット火山××

◯

◯

◯

火成活動•マントル湧昇流
フィードバック

パルス的火成活動
マントルの均質化

×

◯？

◯

◯

◯

バースト

惑星の二段階進化
パルス的火成活動
地殻のリサイクリン
グ×××

◯

◯

プレート•テクトニクス

連続的火成活動
マントルの不均質化
地殻のリサイクリン
グ××××◯

火星＋バースト＝金星
？

7億？
（年前）
テセラテレン 火山平原

(Ivanov & Head., 2011)(Bindschadler et al., 1992)(Hansen & Lopez, 2018)

Continuous resurfacing による火山平原の形成
コロナの分布(Johnson & Richards., 2003)(Ivanov & Head., 2011)

2500

321
1000

0123
Time [Gyr]400123Time [Gyr]4力学系の相転移による二段階進化：バーストの時代→熱対流の時代
surface deformation → tessera?

0Time [Gyr]stage I

1

(Brown & Grimm, 1999)

2

Small-scale magmatism→ resurfacing?

3stage II

40

1000

T [K]

2000
(Hansen & Lopez., 2018)

地球(Yanagisawa et al., 2016)

素過程

効果

月

水星

火星

金星

地球

放射性元素の地殻への濃集

火成活動の減衰

◯◯

◯

◯

◯

対流不安定・プルーム

ホットスポット火山××◯◯◯

火成活動•マントル湧昇流
フィードバック

パルス的火成活動
マントルの均質化

×◯？

◯

◯

◯

バースト

惑星の二段階進化
パルス的火成活動
地殻のリサイクリン
グ×××◯◯

プレート•テクトニクス

連続的火成活動
マントルの不均質化
地殻のリサイクリン
グ××××◯金星＋プレート・テクトニクス＝地球の二段階進化
相転移

HadeanArchean
4.5 Ga4 GaProterozoic
2.5 Ga（Utsunomiya et al., 2007)

2500

3211000

0123
Time [Gyr]

400

123
Time [Gyr]4

Two stages of plate tectonics and magmatism
plate velocity (±5 cm/yr)

magma eruption

[km]

8000

00

1

23time [Gyr]40.35Gyr

0.8 Gyr

4.0 Gyr[C]

0123time [Gyr]4Large Low Shear Velocity Provinces = thermo-chemical pile(2016)

Formation of the Earth

PilbaraHeavy bombardment
Hadean4 Ga
United Plates of America

SuperiorArchean

2 Ga(Hoffman, 1989)

Rodinia(Hoffman, 1988)

Proterozoic(Li et al., 2007)

Phanerozoic
0 Ga

PangeaGondwanaLarge Igneous Provinces とプレート・テクトニクス↓
初期地球のテクトニクス？

なぜマグマ・オーシャンの痕跡が見つからない？
マグマ・オーシャンからMMU-feedbackへ(Elkins-Tanton, 2008)

水星(Yanagisawa et al., 2016)

素過程効果

月

水星

火星

金星

地球

放射性元素の地殻への濃集

火成活動の減衰◯◯◯◯◯

対流不安定・プルーム

ホットスポット火山××◯◯◯

火成活動•マントル湧昇流
フィードバック

パルス的火成活動
マントルの均質化

×◯？

◯

◯

◯

バースト

惑星の二段階進化
パルス的火成活動
地殻のリサイクリング×××◯◯

プレート•テクトニクス

連続的火成活動
マントルの不均質化
地殻のリサイクリン
グ××××◯

コアからの加熱が重要な惑星
マントル：0.8x1023 kg

コア：2.4x1023 kg(Zuber et al., 2009)

熱収縮（5km程度)→冷却（-250K程度)(Byrne et al., 2014)

火山活動による二次的地殻：4−4.1Ga(Head et al., 2009)(Weider et al., 2015)

洪水玄武岩→MMUb feedback
玄武岩量：デカン高原→母岩の差し渡し300-700km？
マントルオーバーターン→低い粘性率(Head et al., 2011)(Coffin & Eldholm., 1994)

(Yanagisawa et al., 2016)

コアの熱容量 = 4xマントルの熱容量、Ra = 6x105(a) 平均温度(b) 熱流量(c) 流速とマグマ生成の最大深度(d) マグマの噴出率と地殻の放射性元素量

MMUbフィードバックとコア・マントル境界の熱流量

50qCMB [mW/m2]

Ra = 5.7x10 6
1.7x106

5.7x1055.7x10400

12time [Gyr]34磁場;地球の1/100程度(Winslow et al., 2014)

問題提起（１）: コア・ダイナモ

月の磁場：原因はコア冷却ではない？

Dyke~4.28 to 3.82 Ga [1, 2]
Rilles
~4.0 to 3.4 Ga [3]Mare ridge~4.0 to 0.0 Ga [4-7][1] Andrews-Hanna et al. [2013][2] Sawada et al. [2016][3] Lucchitta and Watkins [1978][4] Solomon and Head [1980][5] Ono et al. [2009][6] Freed et al. [2001][7] Daket et al. [2016][8] Watters et al. [2010][9] Ryder [2002][10] Morota [2011]

Lobate scarp~0.8 to 0.0 Ga [8]Expansion [4]Contraction [4]Age [Ga]

4.6

432

LHB
~4.0 to 3.8 Ga [9]Lunar volcanic activity in maria~4.0 to 1.5 Ga [10](Weiss & Tikoo, 2014)

月サイエンスブック4.2.3節（石山他）10火星の固有磁場 (> 4Ga)

(Solomon et al., 2005)(Ogawa & Yanagisawa., 2012)

地球の磁場：エネルギー不足(Bono et al., 2019)ダイナモ？→乱流問題（１）マグネティック•プラントル数
Pm > 1がダイナモの条件 ⇔ 鉄のPm = ０ ➡ 乱流？
乱流を維持するエネルギー？
（２）乱流対流による熱輸送？
QCMB > kedd ΔT/d; kedd ; 乱流による熱伝導率 >> 物性値
ΔT ≈ 0が必要↕️
ΔT
CMB直上の水平温度コントラスト= 500-1000 ℃d（３）内核の成長による熱組成対流
QCMB < Qadiabatic ?

(Tateno et al., 2010)

問題提起（２）: 惑星の形成過程とMOと進化の整合性

月：高温起源？

火星：低温起源？

地球：高温起源？

26Alによる発熱？

（Senshu et al., 2002）(Canup, 2004)(Canup, 2004)

MMU-feedbackによる攪拌・混合(Whitten et al., 2015)(Bouvier et al., 2018)(Cottaar & Lekic, 2016)

火星：Cold primordialの問題
2Myr程度で惑星形成→26Alによる加熱？

（Senshu et al., 2002）(Walsh & Levinson, 2019)(Tang & Dauphas, 2014)

月の巨大衝突モデル:月は原始地球起源？

(Canup, 2004)(Cuk & Stewart, 2012))

月と地球の物質的類似性(Kruijer et al.., 2015)(Dauphas et al, 2014)

Late veneer による地球のW-同位体比変化？

月も初期地球の地殻もTheia 起源？ (Cf. Dauphas et al., 2014)(Canup, 2004)

月の形成年代（巨大衝突の年代）＝CAI形成以降>60 Myr?
↓
マグマ・オーシャンによる原始地球・Theia内部の分化？
↓
月と地球の組成は異なるはず？

(Hosono et al., 2019)

高温起源にしては水がある：K/Th比との関係？

(Hauri et al., 2017)月のマグマ・オーシャンの寿命
億年スケール？⇔火星ではおよそ20 Myr?

高地地殻の年齢

マグマ・オーシャンの年齢

Apollo14 sample(Barboni et al., 2017)(Borg et al., 2019)

地殻の構造発達史
月
月探査と月・地球系の形成過程 火
マグマ・オーシャン 星

火星探査
マントル・ダイナミクス（MMUbフィードバック）
内部進化と表層進化の関連