Doppelt-diffusive Konvektion

Projektbeschreibung

Das Erdmagnetfeld wird durch thermochemische Konvektion im äußeren Erdkern erzeugt. Allerdings ist nicht der gesamte Kern konvektiv instabil. Es wird allgemein angenommen, dass der oberste Teil des äußeren Erdkerns stabil geschichtet ist, und es gibt starke Hinweise für das Vorhandensein einer stabilen Schichtung in der frühen Erdgeschichte, insbesondere in der Epoche vor der Bildung des festen inneren Erdkerns. Stabil geschichteten Regionen neigen dazu, vertikale Bewegungen zu unterdrücken. Dennoch können unter adäquaten Bedingungen bestimmte fluiddynamische Instabilitäten, sogenannte doppelt-diffusive Instabilitäten, auftreten. Sie sind durch räumliche Skalen in der Größenordnung einiger Zentimeter bis Meter gekennzeichnet und können die vertikale Durchmischung stabil geschichteter Kernregionen erheblich beeinflussen. Unter günstigen Bedingungen können sie sogar die innere Struktur der stabilen Region verändern und sie in eine vertikale Abfolge einzelner, stark konvektierender Schichten überführen, die durch dünne Grenzregionen voneinander abgetrennt sind. In diesem Projekt werden die Eigenschaften doppelt-diffusiver Konvektion unter Bedingungen, die für Planetenkerne charakteristisch sind, mit direkten numerischen Simulationen untersucht. Insbesondere der kombinierte Effekt von Coriolis- und Lorentzkräften, die durch die Erdrotation und das Erdmagnetfeld ausgeübt werden, wird in die Berechnungen mit einbezogen. Die Studie betrachtet explizit kleine, lokale Kernregionen, so dass die doppelt-diffusive Dynamik realitätsnah simuliert werden kann. Die Berechnungen ermöglichen es, den radiale Transport durch stabil geschichtete Regionen im Erdkern zu quantifizieren. Die Ergebnisse werden darüber hinaus Aufschluss darüber geben, unter welchen Bedingungen doppelt-diffusive Konvektion im Erdkern eine vertikale Abfolge konvertierender Schichten erzeugt. Insgesamt trägt diese Forschung dazu bei, kleinskalige, doppelt-diffusive Strömungen im Erdkern besser zu verstehen und sie in globalen Modellen des Geodynamos adäquat zu parametrisieren.

Projektkurzinformationen