金星地幔对流与金星散热模式的研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:41474082
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:100.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:D0407.地球内部物理和地球动力学(含地热学)
- 结题年份:2018
- 批准年份:2014
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2015-01-01 至2018-12-31
- 项目参与者:杨安; 王永明; 程华冬; 翁辉辉; 聂仕琪; 陈嘉明;
- 关键词:
项目摘要
Despite of their similar sizes and compositions, Venus and the Earth show distinctly different surface tectonics and dynamic evolution. Venus is characterized by one-plate, stagnant-lid mantle convection, while the Earth is controlled by mobile-lid, plate tectonic type of convection. Unlike Earth, Venus has no measureable internal magnetic field. The statistically uniform distribution of impact craters prevents us from identifying older or younger regions and the surface has a global average age of 300-800 Ma. The entire surface of Venus was assumed to be covered by a volcanic event of global scale, even though such an event is not required by the crater distribution. In such models, the resurfacing event was followed by almost no volcanic activity to the present day. The cause for this global resurfacing event and whether it was a single event or one of a periodically recurring set of events is highly uncertain. The volcanism and the surface tectonics of the Earth are primarily associated with the loss of heat from its interior. This loss of heat drives solid state thermal convection in the mantle, and the oceanic lithospheric plates are the thermal boundary layers of mantle convection cells. Subduction of these plates is the primary means of cooling the interior of the Earth; it is responsible for 70% or more of the heat loss from the interior. The most fundamental question is how Venusian mantle loses its radiogenic heat without plate tectonics. Conduction through a stagnant lithosphere is too inefficient. If widespread melting occurs, then a magmatic mechanism is an obvious possibility. Another possibility is that Venus had some type of plate tectonics in past: either episodic overturn of the lithosphere or plate tectonics that subsequently froze. Numerical simulation on mantle convection is a useful tool to understand the dynamic mechanism of the resurfacing event and how Venus loses its internal heat. While convective structure wavelength is often prescribed in regional or 2D models, only 3D global models of mantle convection yield dynamically self-consistent convective structure. For example, stagnant-lid convection with relatively uniform mantle viscosity under the lid that is preferred by regional model, typically contains a large number of mantle plumes that may be inconsistent with the inferred nine mantle plumes for Venus. The episodic major mantle overturn or mantle ''avalanche'' associated with the endothermic phase change was suggested to cause the resurfacing of Venus, based on two-dimension models. However, new 3D models with the endothermic phase change show relatively weak time-dependence. Here we try to formulate 3D global models of mantle convection to explore the cause for the global resurfacing event and how Venus loses its internal heat, in order to enhance our knowledge about the Venus mantle dynamics and its thermal evolution.
金星在大小、质量和组成上与地球非常接近,但金星没有活动的板块构造,没有内生磁场。金星表面的平均年龄大约500±200 Ma,这显示金星发生过全球性表面快速更新。但是金星的表面更新是一次性的还是周期性的、是均匀还是突发或灾难性的过程则存众多争议。板块构造运动和岩浆活动是地球内部热量向外散失的主要方式。与地球的活动板块构造运动相联系的热量散失占地球热量散失总量的70%多。缺少活动板块构造运动的金星,内部热量是如何散失的?是以岩浆喷发的方式还是以某种板块构造活动方式实现的?开展金星地幔对流研究将有助于寻找问题的答案。最近的研究显示要认识金星的表面更新机制和热量散失模式,需要在三维全球地幔对流模型中进行深入研究。本项研究试图通过三维数值模拟的方法研究金星的地幔对流模型,进而揭示金星的表面更新机制以及金星内部热量散失模式,以提高我们对金星的地幔对流及其热演化等动力学问题的认识。
结项摘要
本研究采用有限元数值模拟方法,研究了金星的地幔对流模式及其热演化过程,根据金星地形、重力、表面地质特征和火山活动特征等地质和地球物理观测资料的约束,了解了金星地幔对流模式与地球地幔对流模式的差异以及原因;计算并分析了相变对金星地幔对流的影响,以及相变对金星表面更新的作用;计算了克拉通岩石圈失稳的过程和后果,探讨了岩石圈演化对金星热演化的影响;发展了金星地壳厚度计算的新方法,并计算了金星地壳厚度。提高了我们对金星动力学问题的认识。主要研究进展和成果包括:.1)通过大量数值模型计算,通过对比地质地球物理观测,发现现今金星不存在类似于地球的软流圈,在此基础上,通过大量的计算,了解到相变在金星地幔对流中具有重要影响。地球地幔对流的长波结构主要是软流圈粘性变化造成,但由于金星地幔缺水,金星不存在类似地球的软流圈,金星地幔对流的长波结构主要是吸热相变的影响;.2)早期的的二维数值模型显示,吸热相变对界面上下物质交换的阻碍作用可造成上下地幔物质雪崩似的交换,认为这是造成金星表面灾难性更新的主因。但我们的三维数值模型的结果显示:吸热相变会阻碍上下地幔物质交换,造成冷热物质分别在相变面上下堆积,这种堆积会造成一定程度的高强度物质交换,这与早前二维模型结果类似。但这种作用主要在不同局部区域存在,全球平均意义下,物质交换强度基本稳定。这意味着,与二维模型不同,三维模型不支持相变是造成金星表面灾难性更新的主因;.3)发展了计算金星地壳厚度的新方法。由于金星缺少地震观测,金星地壳厚度只能根据重力和地形资料计算,因此早前计算的地壳厚度与重力和地形都强相关。我们的数值模拟结果显示,金星重力和地形的很大一部分是与金星地幔内部动力学过程相关的,利用重力和地形计算地壳厚度需要去除这部分动力地形的影响。基于地壳均衡和我们的动力学模型,我们发展了新的计算方法,新方法计算的地壳厚度与金星表面地质更加一致;.4)在缺少观测约束,难以开展金星岩石圈演化研究的情况下,开展了地球大陆岩石圈,特别是克拉通岩石圈演化的研究。研究显示,非牛顿流体具有一定浮力的克拉通岩石圈,可以保持一定时间的稳定。当其继续冷却,底部的重力会造成岩石圈应力的扰动,进而造成整个岩石圈失稳。非牛顿流体特性使得整个地幔岩石圈发生快速拆沉,并大量释放地幔热能。从比较行星学的角度,这对进一步理解金星的散热模式和表面更新具有参考意义。
项目成果
期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Numerical studies of the effects of phase transitions on Venusian mantle convection
相变对金星地幔对流影响的数值研究
- DOI:10.1007/s11430-015-5069-7
- 发表时间:2015-05
- 期刊:Science China: Earth Sciences
- 影响因子:--
- 作者:Yang, An;Weng Huihui;Huang, Jinshui
- 通讯作者:Huang, Jinshui
克拉通岩石圈对流减薄的数值模拟
- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:地球物理学报
- 影响因子:--
- 作者:程华冬;黄金水;傅容珊
- 通讯作者:傅容珊
Heat flux and topography constraints on thermochemical structure below North China Craton regions and implications for evolution of cratonic lithosphere
热通量和地形对华北克拉通地区热化学结构的约束及其对克拉通岩石圈演化的影响
- DOI:10.1002/2015jb012540
- 发表时间:2016
- 期刊:JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-SOLID EARTH
- 影响因子:3.9
- 作者:Wang Yongming;Huang Jinshui;Zhong Shijie;Chen Jiaming
- 通讯作者:Chen Jiaming
应力扰动对地震周期和地震矩影响的数值模拟
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:地震学报
- 影响因子:--
- 作者:翁辉辉;黄金水
- 通讯作者:黄金水
奥陶纪到志留纪全球板块重建:中国三大陆块位置及其洋陆格局的运动学检验
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:海洋地质与第四纪地质
- 影响因子:--
- 作者:聂仕琪;黄金水;李三忠
- 通讯作者:李三忠
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:{{ item.doi || "--"}}
- 发表时间:{{ item.publish_year || "--" }}
- 期刊:{{ item.journal_name }}
- 影响因子:{{ item.factor || "--"}}
- 作者:{{ item.authors }}
- 通讯作者:{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
其他文献
金星内部结构与动力学研究进展
- DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2020.075
- 发表时间:2020
- 期刊:地球科学进展
- 影响因子:--
- 作者:杨安;相松;黄金水
- 通讯作者:黄金水
华北地区重力和地形及其 对克拉通破坏深部过程的约束
- DOI:--
- 发表时间:2020
- 期刊:大地测量与地球动力学
- 影响因子:--
- 作者:许田;黄金水
- 通讯作者:黄金水
异常血液标本对放射免疫法测量结果的影响
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:中国误诊学杂志
- 影响因子:--
- 作者:刘利东;黄金水;廖永华
- 通讯作者:廖永华
应力变化对地震周期和地震距影响的数值模拟
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:地震学报
- 影响因子:--
- 作者:翁辉辉;黄金水
- 通讯作者:黄金水
地震循环的数值模拟与重力形变变化特征
- DOI:10.3969/j.issn.0253-4975.2018.08.095
- 发表时间:2018
- 期刊:国际地震动态
- 影响因子:--
- 作者:黄金水
- 通讯作者:黄金水
其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:{{ item.doi || "--" }}
- 发表时间:{{ item.publish_year || "--"}}
- 期刊:{{ item.journal_name }}
- 影响因子:{{ item.factor || "--" }}
- 作者:{{ item.authors }}
- 通讯作者:{{ item.author }}

内容获取失败,请点击重试

查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:
AI项目摘要
AI项目思路
AI技术路线图

请为本次AI项目解读的内容对您的实用性打分
非常不实用
非常实用
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
您认为此功能如何分析更能满足您的需求,请填写您的反馈:
黄金水的其他基金
类地行星早期核幔热化学演化的协同与调节:地核演化对地幔对流影响的数值模拟
- 批准号:42074105
- 批准年份:2020
- 资助金额:60 万元
- 项目类别:面上项目
板块构造运动对地幔内部热化学结构的影响的数值模拟
- 批准号:41674096
- 批准年份:2016
- 资助金额:70.0 万元
- 项目类别:面上项目
华北克拉通破坏的深部过程与动力学机制:大陆岩石圈与软流圈的热学、力学与化学耦合
- 批准号:91014005
- 批准年份:2010
- 资助金额:200.0 万元
- 项目类别:重大研究计划
地球物理与地球化学观测的地球动力学协调:地幔热-化学对流模型的研究
- 批准号:40774045
- 批准年份:2007
- 资助金额:45.0 万元
- 项目类别:面上项目
相似国自然基金
{{ item.name }}
- 批准号:{{ item.ratify_no }}
- 批准年份:{{ item.approval_year }}
- 资助金额:{{ item.support_num }}
- 项目类别:{{ item.project_type }}
相似海外基金
{{
item.name }}
{{ item.translate_name }}
- 批准号:{{ item.ratify_no }}
- 财政年份:{{ item.approval_year }}
- 资助金额:{{ item.support_num }}
- 项目类别:{{ item.project_type }}