具有单侧或双侧边界熔化/冻结的球壳热对流
地球物理
2013-03-20 v1
摘要
在许多地球物理或行星学情境中（如地球内核、从岩浆洋结晶的硅酸盐地幔，或环绕深层水海洋的冰壳），对流晶体层与其熔体层相接触。允许固体层的一个或两个边界发生熔化/冻结可能会影响层内的对流模式。本文研究了粘性球壳中热对流的起始，其一个或两个边界存在动力学诱导的熔化/冻结。研究表明，每个界面的行为取决于无量纲数 P 的值，该数是熔化/冻结时间尺度与粘性弛豫时间尺度的比值。P 值较小对应于渗透边界条件，而 P 值较大对应于非渗透边界条件。线性稳定性分析预测，当表征任一边界的 P 数足够小时，半渗透边界会产生显著影响：允许任一边界发生熔化/冻结会导致更大尺度对流模态的出现。当外边界可渗透时，这种效应尤为剧烈，因为即使在薄球壳情况下，1 阶模态仍保持最不稳定。对于内外边界均可渗透的球壳，最不稳定模态表现为固体球壳的整体平移，无形变。在具有可渗透外边界的完整球体极限情况下，这对应于近期为地球内核提出的“对流平移”模态。作为可能的应用实例，我们讨论了在假设存在全球次表层海洋的情况下土卫二（Enceladus）冰壳中的热对流，发现熔化/冻结可能对冰壳中的对流模式产生重要影响。
引用
@article{arxiv.1303.4513,
title = {Thermal convection in a spherical shell with melting/freezing at either or both of its boundaries},
author = {Renaud Deguen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1303.4513},
year = {2013}
}