地球・惑星内部でのマントルや外核の対流現象の数値計算による基礎的な研究

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今年度は、前年度で開発した二次元のコードを三次元化した。そのコードを開発するにあたり、三次元空間において表面張力をMPS法に組み込む新しい手法を開発した。この手法の詳細は博士論文に掲載されており、学術誌に投稿する予定である。その三次元のコードを用いて、マグマオーシャンにおける、10cmスケールの領域での金属とシリケイトの分離の問題の数値計算を行い、金属の落下速度、金属の液滴の平均サイズ、サイズ分布などを得た。二次元の計算結果との主な違いとして、注目すべき点は、サイズ分布は二次元と三次元では明らかに異なることである。今後、これらの計算結果をパラメーターとして、地球規模の計算に取り入れるときに、この点に注意する必要がある。マグマオーシャンの研究の主要な結果を以下にまとめる。粘性をマグマオーシャンとしてあり得そうな範囲で変化させ計算した結果、液滴のサイズは粘性の増加とともに大きくなる。また、これらの初期状態にかかわらず、速やかに同じ定常状態に落ち着くことが確認された。また、マントル対流を目指したプルームの数値計算コードも開発しており、その結果を2007年の地球惑星科学連合大会に発表するとともに、そのコードを用いて、九州大学と京都大学との共同研究として、熱対流によるDNAの引き延ばしの数値計算を行った。その研究は、Physical review lettersに掲載された。役割分担としては、実験を他の著者らが行い、私はその数値計算を行った。