地球中心核の形成過程の数値シミュレ-ション

地球核心形成过程的数值模拟

基本信息

批准号：
02246212
负责人：
水谷仁
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Institute of Space and Astronautical Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1990
资助国家：
日本
起止时间：
1990 至 1991
项目状态：
已结题

项目摘要

地球集積時に形成されたと考えられる珪酸塩を主とするプロトコアとその上に沈積した金属鉄に富んだ密度の高い層とさらにその上に存在するマグマオ-シャンと言った3層構造の力学的進化を追跡する事が本年の研究課題であった。これを軸対称の自己重力を持つ球の非圧縮粘性流体中におけるレイリ-・テイラ-不安定問題として捉え,これを数値シミュレ-ションで不安定構造がいかにして安定構造に推移していくかを調べた。この結果,まずプロトコア全体が一方向に浮きあがるタイプの運動(1次の運動)が起きた後,密度の高い層の一部がプロトコアの内へ沈み込むような(2次の運動)運動が起こる。全体の変形のタイムスケ-ルはこの2次のタイプの運動によって支配されている。この事はこれまでの線型理論で提晶されていた1次の運動がタイムスケ-ルを決めていると言う考えは単純化しすぎた議論であった事を明らかにしたものである。2次のパ-タ-ベ-ションは変形がすすむにつれて、高次への変形も引き起こし、タイムスケ-ルは徐々に長くなる。コア形成の最終段階では高次の変形(コア表層の不規則,小規模変動)が起こる様になり、プロトコアは金属質コアの表面にパッチ状に残る事になる。このような構造は現在話題になっているコアの凹凸の問題,ホットスポットの起源,始源的組成を持つガスの問題など多くの地球科学的問題と関連があるものと思われる。

今年的研究主题是跟踪原始的原始硅酸盐的机械演化，主要是硅酸盐，这些硅酸盐被认为是在地球积聚过程中形成的，是富含金属铁的高度密集的层，以及在其顶部存在的三层结构，例如岩浆。这被视为具有轴对称自我重力的球体不可压缩的粘性流体中的Rayri-Tailer-Insinito问题，我们研究了使用数值模拟的不稳定结构如何发展为稳定的结构。结果，首先，整个原始核心浮动的类型的运动发生在一个方向（一阶运动），然后是（二阶运动）的运动，其中密集层的一部分沉入了原始的层中。总体转换的时间尺度受到二阶运动类型的控制。这表明，在线性理论中付诸实践的一阶运动决定了时间表，这是一个过于简单的论点。随着变形的进展，二阶模式也会导致高阶变形，并且时间尺度逐渐增加。在核心形成的最后阶段，高阶变形（核心表面中的不规则和小规模波动）开始发生，使原子能在金属芯表面上以斑块状形状。这样的结构可能与许多地球科学问题有关，例如当前谈论核心的不平衡，热点的起源以及具有原始组成的气体。