Convecció en el mantell de la Terra i en el dels grans planetes

Convecció en el mantell de la Terra i en el dels grans planetes

Discutiré les característiques de la convecció «sòlida» al mantell de la Terra i després abordaré més específicament els efectes de la compressibilitat. La densitat radial dels planetes augmenta amb la profunditat a causa de la compressibilitat, provocant impactes en la seva dinàmica convectiva. Per tenir en compte aquests efectes, inclosa la presència d'un perfil de temperatura quasi adiabàtic i fonts d'entropia a causa de la dissipació, la compressibilitat s'expressa mitjançant un nombre de dissipació proporcional al radi i la gravetat del planeta. Al mantell de la Terra, els efectes de compressibilitat són moderats, però en grans exoplanetes rocosos o líquids (super-terres), el nombre de dissipació pot arribar a ser molt gran. Explorem les propietats de la convecció compressible quan el nombre de dissipació és significatiu. Comencem seleccionant una equació d'estat de Murnaghan senzilla que incorpora les propietats fonamentals de la matèria condensada en condicions planetàries. A continuació, analitzem les característiques dels perfils adiabàtics i demostrem que la relació entre les temperatures adiabàtiques inferior i superior és relativament petita i probablement inferior a 2. Examinem l'estabilitat marginal dels mantells compressibles i revelem que poden patir convecció amb positiu o negatiu. nombres de Rayleigh superadiabàtics. Finalment, aprofundim en simulacions de convecció en geometria cartesiana 2D realitzades utilitzant les equacions exactes de la mecànica, descuidant la inèrcia (cas de nombre infinit de Prandtl), i examinem les seves conseqüències per a la dinàmica de la superterra.