物理学 > 地球物理
[提交于 2024年8月14日
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标题: 地球 tangent cylinder 实验模型中的旋转对流模式
标题: Regimes of rotating convection in an experimental model of the Earth's tangent cylinder
摘要: 地球的快速旋转施加了泰勒-普劳德曼约束,该约束阻碍了流体穿过称为切线圆柱体(TC)的想象圆柱面的运动,该圆柱体是通过沿旋转方向延伸固态内核的赤道周长并延伸到地核-地幔边界(CMB)而获得的。然而到目前为止,这一边界的影响力尚不清楚,这阻碍了我们对地核极地区域流动的理解。我们实验再现了TC的几何结构,其中CMB被建模为一个冷的圆柱形容器,内部有一个热的圆柱体作为固态内核。容器中装有水,以便在与地球相似的关键性和旋转约束条件下,光学映射速度场。我们发现,主要的新机制来自于容器冷侧边界附近的位势梯度,它在TC外边界驱动惯性,就像地球地核赤道区域的对流一样。TC外部的位势梯度抑制了固体圆柱体中发现的经典壁模式,而那里的惯性导致TPC在TC边界处早期破裂。即使在临界性$\Rt=191$时,流动仍主要由科里奥利力主导,但由于TC边界附近的惯性,地转湍流出现的临界性比其他情况下要低得多。随着TPC变弱,热量通过TC边界逸出越来越多。因此,由TC外部位势梯度驱动的惯性提供了一种便捷的途径来达到地转湍流,这在实验中通常难以实现。这些结果还强调了一个过程,即TC外部的对流可能控制其内部的湍流并绕过轴向热传递。最后,我们讨论了地球的条件,特别是其磁场如何改变这一过程在地球地核内的作用。
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