含温度相关粘度和晶粒损伤的对流标度律

利用含晶粒损伤的对流数值实验，我们建立了停滞盖层和板块构造模式下对流热流、地幔速度和板块速度的标度律。按复杂度递增顺序给出了三种主要情况：粘度仅依赖于晶粒尺寸的简单情况；粘度依赖于温度和晶粒尺寸的情况；以及粘度对温度和晶粒尺寸敏感，且晶粒生长（或愈合）也对温度敏感的情况。在所有情况下，由于晶粒损伤的影响，含晶粒损伤的对流标度律与牛顿对流不同。对于完全现实的情况，数值结果显示停滞盖层对流、类似于温度无关粘度情况的完全活化对流，以及部分移动或过渡对流，具体取决于损伤与愈合之比、瑞利数以及粘度和愈合的活化能。将我们的标度律应用于地球和金星，我们证明增加表面温度会显著降低板块速度和热流，基本上关闭板块构造，这是由于岩石圈剪切带中愈合增强，正如先前提出的。与许多先前研究相反，停滞盖层和完全活化状态之间的过渡区域很大，并且从停滞盖层到移动对流的过渡是渐进而连续的。因此，行星可以表现出全范围的表面移动性，而不是通常假设的完全移动盖层行星和停滞盖层行星的双峰分布。