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三次元球殻熱対流物理の理解および地球内部ダイナミクスの解明

了解三维球壳热对流的物理原理并阐明地球内部的动力学

基本信息

批准号：
17740298
负责人：
山岸保子
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17740298/
关键词：
計算物理固体地球物理学地球・惑星内部構造熱対流

项目摘要

本研究の目的は、高レイリー数を持つ三次元球殻熱対流の数値実験を実行することにより、地球内部ダイナミクスを解明することである。昨年度は、三次元球殻熱対流数値実験用のプログラムを改良し、地球シミュレータでの最適化を行った。その結果、世界最高の下部加熱レイリー数を持つ三次元球殻での熱対流数値実験に成功した。さらに、臨界レイリー数から10の8乗レイリー数までの系統的な数値シミュレーションを行い、ヌッセルト数はレイリー数の1/3乗に比例し、対流構造はレイリー数の増加に伴い均質から不均質へ変化し、そしてその特徴的構造は熱境界層のスケールを持つことがわかった。本年度は、昨年度示した、三次元球殻熱対流の特徴的構造が熱境界層スケールを持ち、この構造はレイリー数10の8乗以下では崩されないことから、熱境界層付近の不均質が高レイリー数を持つ熱対流に与える影響を調査した。その理由として、レイリー数が10の8乗以下では、地震波が示す地球マントル対流が持つ大規模構造が発生しなかったこと、そして近年、マントルの最下層の熱境界層付近にポストペロブスカイトと呼ばれる新しい相が発見されたことがあげられる。すなわち、この新しく発見されたポストペロブスカイト層を考慮した三次元球殻熱対流の数値実験を行った。その結果、ポストペロブスカイト層が、マントル対流の熱境界層内部に存在する場合、マントルの熱的構造が変化する可能性を示唆した。しかし高圧実験から示されるポストペロブスカイトとペロブスカイトの相境界の温度圧力勾配では、単純な相変化効果のみではマントルの構造は大きく変化しないことがわかった。よって、地震波が示すマントル対流の大規模構造を作りだすためには、本ポストペロブスカイト層が単純な相境界のみならず物質境界であること、かっマントル上部の熱境界層に存在する大陸などの不均質を同時に考慮する必要があることなどが示唆される。

The purpose of this study is to investigate the numerical value of heat flux in three-dimensional spherical shells and to understand the internal structure of the earth. Last year, the three-dimensional spherical shell heat flux value was improved and the earth was optimized. As a result, the world's highest lower heating rate was successfully achieved by maintaining the thermal current value of the three-dimensional spherical shell. In addition, the critical number of colors ranges from 10 to 8, and the number of colors ranges from 1/3 of the number of colors to 1/3 of the number of colors. The flow structure increases with the increase of the number of colors. The structure with the characteristics of the color ranges from homogeneous to heterogeneous. This year, the structure of the characteristics of the thermal flow in the three-dimensional spherical shell was investigated. The structure of the thermal boundary layer was maintained. The number of structures was 10 and less than 8. The thermal boundary layer was close to the heterogeneity. The influence of the thermal flow was investigated. The reason for this is that the number of seismic waves is less than 10 and the number of seismic waves is less than 8. In recent years, the number of seismic waves is less than 8. The number of seismic waves is less than 8. In recent years, the number of seismic waves is less than 8. The new concept of three-dimensional spherical shell heat transfer is considered. As a result, the heat transfer layer, the heat transfer layer, and the heat transfer structure are all shown. The temperature and pressure of the phase boundary are matched with the temperature and pressure of the phase boundary. The structure of the phase boundary is changed greatly. The seismic waves show that there is a large scale structure in the flow field, and the material layer in the upper part of the flow field is not uniform.