地球内核边界发生相变时的热对流

内核平移（一侧半球凝固而另一侧熔化）为理解内核的半球二分法以及外核底部观测到的异常稳定层（F 层）提供了有希望的基础，后者可能由内核物质的连续熔化所维持。在本文中，我们详细研究了当考虑内核边界 (ICB) 的动力学诱导熔化和冻结时，内核热对流的动力学。如果内核处于不稳定分层状态，线性稳定性分析和数值模拟一致表明，仅当粘度 $\eta$ 足够大时，平移模式才占主导地位，其临界粘度值约为 $3 10^{18}$ Pas，具体取决于外核对流提供或移除熔化或凝固潜热的能力。如果 $\eta$ 较小，则熔化和冻结的动力学效应很小。对流呈现出更经典的形式，即在 onset 时出现单胞轴对称模式，而在大 Rayleigh 数时出现混沌羽流对流。[...] 热对流要求在内核中维持超绝热温度剖面，这取决于通过传导提取内核内部热量与在 ICB 处冷却之间的竞争。采用 Stacey & Davis (2007) 提出的低热导率值，内核热对流似乎非常可能发生，但采用最近提出的更高热导率值则几乎不可能。然而，我们认为 ICB 上方富铁层的形成可能对内核对流产生正反馈：这意味着内核是从日益富铁的液体中结晶出来的，从而导致不稳定的成分分层，这可能驱动内核对流，即使内核是次绝热的。