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固体内核形成之前地球发电机的机理研究
结题报告
批准号:
41904066
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
27.0 万元
负责人:
林玉峰
依托单位:
学科分类:
D0405.地磁学和地球电磁学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
地球固体内核的结晶生长释放出潜热和轻元素,在导电的液态外核中驱动对流运动并通过磁流体发电机产生现今的地球主磁场。地球的热演化历史表明地球的固体内核约形成于5-20亿年前,但古地磁记录表明地球主磁场已经存在了至少34.5亿年,这说明在相当长的地球历史时期内地球发电机是在没有固体内核的情形下维持运行的。目前对于地球发电机的研究主要是基于现今的地球内部结构的,然而固体内核形成之前地球发电机的驱动机制以及产生磁场形态与现今的情形可能不尽相同。本项目拟通过数值模拟来分析固体内核形成之前古发电机的能量来源、驱动机制及其产生的古地磁场的时空变化特征。对于地球内核形成之前古发电机的研究,结合古地磁记录以及对比现今的地球发电机模型,将为地核的演化历史、地球内核的年龄等关键的科学问题提供重要约束。
英文摘要
Earth's internal magnetic field is generated in the liquid outer core through the dynamo action. The present-day geodynamo is mainly powered by convection due to the solidification of the inner core, which releases latent heat and light elements. Studies of the thermal history of the Earth suggest that the inner core formed about 0.5-2 billion years ago, but paleomagnetic records indicate that the Earth's magnetic field has existed for at least 3.45 billion years, meaning that the geodynamo had been operating without the solid inner core for a long time span. Previous studies on geodynamo have mainly focused on the present-day model. However, the ancient dynamo before the inner core formation can be quite different from the present one. This project aims to investigate the geodynamo before the inner core formation via numerical simulations. We will especially investigate the energy sources, driving mechanisms of the ancient dynamo and spatial-temporal variations of the magnetic field before the inner core formation. Combining the paleomagnetic records and the present-day geodynamo model, this study will provide significant constraints on the evolution of the Earth’s core and the age of the solid inner core.
地球主磁场在液态外核中通过磁流体发电机产生并维持。地球的热演化历史表明地球的固体内核约形成于5-20亿年前,但古地磁记录表明地球主磁场已经存在了至少有34.5亿年,这说明在相当长的地球历史时期地球发电机是在没有固体内核的情形下维持运行的,但目前对于固体内核形成之前地球发电机的运行机制和驱动过程仍不清楚。因此,该项目通过数值模拟研究了地球固体内核形成之前地球发电机的运行机制和地核动力学过程。我们分别开展了固体内核形成之前的热对流模拟、对流发电机模拟以及进动和热对流同时驱动的发电机模拟。通过大量的数值模拟,该项目研究主要得到以下几点认知。首先,我们发现了旋转球体热对流中的三模共振机制,揭示了大尺度涡流的形成过程。其次,数值模拟结果表明固体内核形成之前的热对流发电机可以产生的磁场特征与现今地球主磁场的特征类似。最后,同时考虑进动和对流驱动地球发电机的模拟结果表明进动可能对早期地球发电机具有重要影响,特别是进动较强时会阻碍对流发电机的运行,破坏对流发电机产生的偶极子磁场,使得地球主磁场呈现多极子特征和快速变化等特征。该项目的数值模拟结果对理解地球磁场和地球发电机的演化、地核热演化和地球固体内核的年龄等关键科学问题具有重要意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.26464/epp2023026
发表时间:2023
期刊:Earth and Planetary Physics
影响因子:2.9
作者:JuYuan Xu;YuFeng Lin
通讯作者:YuFeng Lin
Libration-driven inertial waves and mean zonal flows in spherical shells
球壳中振动驱动的惯性波和平均纬向流
DOI:10.1080/03091929.2020.1761350
发表时间:2020-05
期刊:Geophysical and Astrophysical Fluid Dynamics
影响因子:1.3
作者:Lin Yufeng;Noir J'er^ome
通讯作者:Noir J'er^ome
DOI:10.26464/epp2023010
发表时间:2023
期刊:Earth and Planetary Physics
影响因子:2.9
作者:Li JinFeng;Lin YuFeng;Zhang KeKe
通讯作者:Zhang KeKe
DOI:10.1017/jfm.2020.1050
发表时间:2020-11
期刊:Journal of Fluid Mechanics
影响因子:3.7
作者:Lin Yufeng
通讯作者:Lin Yufeng
Large-scale vortices and zonal flows in spherical rotating convection
球形旋转对流中的大尺度涡流和纬向流
DOI:10.1017/jfm.2020.1151
发表时间:2020-12
期刊:Journal of Fluid Mechanics
影响因子:3.7
作者:Lin Yufeng;Jackson Andrew
通讯作者:Jackson Andrew
基于“澳科一号”卫星等磁场观测的类地行星液核动力学反演及其主磁场预报
  • 批准号:
    12250012
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    298万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    林玉峰
  • 依托单位:
磁场对土星自由振荡的影响
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    林玉峰
  • 依托单位:
国内基金
海外基金