天体物理学 > 地球与行星天体物理学
[提交于 2025年7月4日
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标题: 外核对流的热化学模型与非均匀核幔边界热通量
标题: Thermochemical models of outer core convection with heterogeneous core-mantle boundary heat flux
摘要: 地核中的热化学对流由内核结晶释放潜热和轻元素所驱动。 核心动力学中的一个关键问题是,在地核-地幔边界下方是否存在一个稳定层。 最近的核对流模拟,考虑到CMB的不均匀性,提出了局部稳定区域(或区域反转透镜,RILs),而不是一个全球层,使得稳定和不稳定区域可以共存。 在本研究中,我们考虑了一系列针对Ekman数($E=10^{-5}$)的热、化学和热化学对流模型,其热和化学通量雷诺数分别为$\widetilde{Ra}_T=30-4000$和$\widetilde{Ra}_C=30-100000$,热和化学普朗特数分别为$Pr_T=1$和$Pr_\xi=10$。 对纯化学模型的分析显示,在CMB下方出现了轻元素积累(LEA),根据化学强迫的强度,这会导致极地附近的局部稳定区域或全球层。 即使热场完全不稳定,这些化学分层区域在我们的热化学模型中仍然存在。 添加不均匀的CMB热通量会导致由热分层驱动的RILs形成。 这些热化学模型中的稳定区域的位置、性质和形态各不相同,这取决于热对流还是化学对流占主导地位。 在所研究的参数范围内,这些RILs厚度约为100公里,它们的强度和厚度通常随着热驱动强度的增加而增加;它们对化学驱动强度的敏感性相对较低。 我们的模拟揭示了地球地核顶部可能存在的多种稳定区域和/或全球层,其厚度和强度具有地震上合理的范围,也可能在地磁观测中留下特征。
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