具有构造运动转换的行星热演化模型

热历史计算为行星内部演化提供了重要见解，但所采用的动力学描述相对于实际系统而言过于简化。行星内部通常具有复杂的流变学、粘性分层、横向不均匀性以及过程的时间延迟，这些特征在传统参数化方法中并未得到体现。本文发展了考虑地球内部物理复杂性的行星演化数值模型，并用以生成基于统计的 Nu-Ra 标度关系。这些标度关系概括了构造运动转换、几何形态、深度依赖流变学以及时间敏感性的主要效应。我们发现，对于演化的活动盖层系统，指数 $\beta$ 约为 0.26 最能描述 Nu-Ra 关系；而对于 stagnant-lid（ stagnant-lid， stagnant-lid 系统）系统，$\beta$ 约为 0.12。具有时间依赖俯冲的系统，其 $\beta$ 在冥古宙（外部因素如撞击促进构造运动）期间约为 0.26，到太古宙（系统由长期宁静期主导）期间变为约 0.12；而由外部强迫驱动的系统（例如地球历史前 1 亿年内的撞击）可能表现出高得多的指数。我们还发现 Ra（主要取决于地幔温度）与 Nu（归一化地表热流）之间存在约 200–300 Myr 的时间滞后，表明地幔热构型与其地表表现之间存在显著延迟。这些结果为快速刻画类地系外行星的构造、火山及大气演化提供了一种方法。