Resurgence of Lunar Volcanism: Role of Localized Radioactive Enrichment in a Numerical Model of Magmatism and Mantle Convection
本研究构建二维岩浆与地幔对流数值模型，揭示月球风暴洋KREEP岩套双峰值长期火山活动的机制，证实局部放射性富集的关键作用。
2024-07-10 astro-ph.EP physics.geo-ph
ADEPTS: An auto-differentiable framework for time-dependent nonlinear thermo-chemical mantle convection inversion
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Geophysical High-resolution Imaging Technology, Southern University of Science and Technology（南方科技大学地球物理高分辨率成像技术广东省重点实验室）
本文提出ADEPTS，一个基于自动微分的地幔对流反演框架，通过比较展开与隐式微分策略，实现高维初始温度场和低维物理参数的联合反演。
2026-09-15 physics.geo-ph
Dynamical Geochemistry: Mantle dynamics and its role in the formation of geochemical heterogeneity
本文综述了分析精度、成像技术、同位素体系与计算能力的进展如何推动化学地球动力学发展，重点探讨全地幔对流、洋壳形成再循环及稀有气体系统学对地幔化学非均质性的控制作用。
2023-09-17 physics.geo-ph
New numerical approaches for modeling thermochemical convection in a compositionally stratified fluid
地幔的震波成像揭示了下地幔中的大尺度和小尺度的不均匀性;特别是非洲和南太平洋下方被称为大低剪切速度区（LLSVP）的结构。大多数解释认为，不均匀性是成分的性质，不同的组成从上覆地幔，解释是一致的化学地球动力学模型。持久的组成界面的数值模拟提出了挑战，甚至国家的最先进的数值方法。例如，当流体随着时间依赖的指进而迁移和扭曲时，用于平流成分界面的一些数值算法不能保持尖锐的成分边界，这是由于为了保持成分变量的上限和下限以及平流方法的稳定性而添加的数值扩散。在这项工作中，我们提出了两个新的算法，保持一个更清晰的计算边界比平流方法，目前公开提供给计算地幔对流社区，即不连续Galerkin方法与边界保持限制器和体积的流体界面跟踪算法。我们比较了这两种新方法与两种常用的方法，用于模拟地幔对流问题中两种不同的热驱动成分场的平流;也就是说，一种基于高-阶精确有限元方法平流算法，该算法采用人工粘性技术来维持组成变量的上界和下界以及平流算法的稳定性和携带代表每个成分场位置的标量的粒子。所有这四个算法都在开源FEM代码ASPECT中实现。
2017-03-07 physics.geo-ph
First principles study of density, viscosity, and diffusion coefficients of liquid MgSiO3 at conditions of the Earth's deep mantle
采用恒压恒温（\it ab initio）分子动力学模拟方法，对地球下地幔主要成分MgSiO $_3$液体进行了高温下的模拟研究。我们已经进行了可变细胞{ \it从头计算}分子动力学模拟在相关的热力学条件下测量的熔解曲线之一。计算的平衡体积和密度进行比较，在相同的条件下，使用正交钙钛矿配置的模拟。对于熔融MgSiO $_3$，我们测定了在不同热力学条件下的扩散系数和剪切粘度。我们的研究结果提供了新的限制熔融MgSiO $_3$的性质在核幔边界附近的条件。在所研究的压力-温度条件下，熔化体积变化为正，范围从88 GPa和3500 K时的5%到120 GPa和5000 K时的2.9%。然而，中性或负浮力熔体从（Mg，Fe）SiO $_3$钙钛矿组合物在深下地幔条件下是一致的固-液分配系数的Fe与现有的实验约束。我们的模拟结果表明，MgSiO $_3$是液体在120 GPa和4500 K，符合较低范围的实验熔化曲线，这种材料。线性外推的结果表明，液体和固体钙钛矿MgSiO $_3$的密度将变得相等接近180 GPa。
2005-05-30 physics.geo-ph
Effects of global core-mantle boundary topography on outer-core convection and topographic torques
University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Rochester（罗切斯特大学）
研究地核-地幔边界地形对地核对流及地球自转变化的影响，通过数值模拟揭示地形扭矩的形成机制及规模。
2026-05-12 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Effect of width, amplitude, and position of a core mantle boundary hot spot on core convection and dynamo action
在类地行星的液态铁核内，对流和由此产生的全球磁场都受到上覆岩石地幔的控制。下地幔的热结构决定了有多少热量可以从地核逸出。热的下地幔特征，例如巨大撞击的热足迹或热地幔柱，将局部地减少通过核幔边界（CMB）的热通量，从而削弱核对流并影响磁场产生过程。在这项研究中，我们数值研究如何参数化热点在CMB与任意大小，振幅和位置影响核心对流，因此发电机。热通量异常的影响是量化的全球流动对称性的变化，如赤道反对称，轴对称（EAA）纬向流的出现。对于纯流体动力学模型，EAA对称性尺度几乎与CMB的振幅和大小呈线性关系，而自洽发电机模拟通常揭示要么抑制或大幅增强EAA对称性，主要取决于热通量异常的水平程度。我们的研究结果表明，长度尺度的异常应在同一数量级的外核半径显着影响流场对称性。作为对火星的暗示，在我们的模型范围内，研究得出结论，由CMB热通量异常修改的古代核心场无法将地壳非均匀磁化到火星上南北不对称的现今水平。使用我们的模型得到的磁场不是不够不对称，或者当它们足够不对称时，显示出快速的极性反转，这与厚的单向磁化不相容。
2015-11-04 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
The role of viscosity contrast on plume structure in laboratory modeling of mantle convection
我们已经进行了实验室实验来模拟地幔对流中羽流的重要方面。我们专注于确定羽流结构和动力学的粘度比U（周围流体和羽流流体之间）的作用。在我们的实验中，我们能够捕捉到地球物理对流制度相关的地幔对流的热点（当U > 1）和板块俯冲（当U < 1）制度。平面激光诱导荧光（PLIF）技术用于流动可视化和表征羽流结构。对流由较轻流体灌注穿过可渗透网产生的组成浮力驱动，并且粘度比U在1/300至2500的范围内系统地变化。在U=1的底部边界附近的平面形状，表现出一个著名的树枝状线羽状结构。随着U值的增加，观察到从树枝状羽流结构到离散球形羽流的渐进形态过渡，伴随着羽流的增厚和羽流间距的增加。在垂直剖面上，U=1时的蘑菇状地幔柱头部在高U时转变为断续的球状地幔柱，类似于地幔对流中的地幔柱热点。相反，对于低U值（~1/300），该机制对应于地幔中板块的俯冲。在这一制度中，我们观察到的第一次，羽流产生的厚边界细胞结构和发展成片状羽流。我们使用实验数据来量化这些形态的变化和混合动力学的羽流在不同制度的美国。我们还比较了我们的观察羽间距与文献中报道的各种模型，通过改变粘度比和浮力通量。
2016-10-28 nlin.AO nlin.PS physics.flu-dyn
Mercury, Moon, Mars: Surface expressions of mantle convection and interior evolution of stagnant-lid bodies
相对于地球而言，滞盖体内部的演化更容易建模和预测，因为没有与板块构造物理学相关的大的不确定性，其开始时间和地球历史的效率。然而，对这些天体的观测记录相对于地球来说既稀少又稀疏。它仅限于数量有限的样本和对数十亿年之久的表面进行的各种遥感测量，这些表面的实际年龄难以精确确定。因此，将这些观测结果结合成行星内部热和对流演化的连贯图像是一项重大挑战。在这一章中，我们审查的关键过程和（主要是地球物理）观测的限制，可以用来推断全球的地幔对流和热演化的内部的水星，月球和火星，三个主要的地球机构，其中一个停滞的盖子可能存在于整个历史的大部分。
2019-12-11 astro-ph.EP physics.geo-ph
Heat-blanketed convection and its implications for the continental lithosphere
地球各大洲的特点是长寿命放射性同位素高度富集。最近的估计表明，它们贡献了地球表面释放的33%的热量，而只占地幔的不到1%。这种独特的特征通过影响下伏地幔的热结构和热量传送而对下伏地幔产生深刻的影响。然而，富含生热元素的陆壳对下伏地幔的影响尚未得到系统的研究。在这里，我们进行了初步的调查，通过考虑一个简化的对流系统组成的混合加热的流体中，所有的内部加热集中在顶层的厚度$d_{HL}$（称为“热覆盖对流”）。我们进行24个数值模拟在三维笛卡尔几何四个特定的设置和各种值的$d_{HL}$。我们的研究结果表明，加热层的影响强烈地依赖于它的厚度相对于均匀加热情况下（$d_{HL} = 1.0$）的热边界层（$δ_{TBL}$）的厚度。更具体地说，对于$d_{HL} > δ_{TBL}$，由加热层引起的影响是相当适度的，而对于$d_{HL} < δ_{TBL}$，对流系统的性质随着$d_{HL}$的减小而强烈改变。特别是，表面热通量和对流活力显着增强非常薄的加热层相比，情况$d_{HL} = 1.0$。生热元素的垂直分布可能对地幔动力学起关键作用。然而，对于地球来说，大陆的存在应该不会显著影响表面热通量，从而影响地球的冷却速率。
2020-11-23 physics.geo-ph
Mantle Dynamics in Super-Earths: Post-Perovskite Rheology and Self-Regulation of Viscosity
简单的比例表明，超级地球比同等地球大小的行星更有可能经历板块构造。一般而言，粘度和热导率随压力的增加而增加，而热膨胀率降低，导致地幔深部对流活力降低。根据传统的想法，这可能会导致超级地球的地幔深处没有对流。在这里，我们对此进行评估。首先，我们在这里扩展后钙钛矿激活焓的密度泛函理论（DFT）计算到1 TPa的压力。扩散蠕变的激活体积变得非常低，在非常高的压力，但尽管如此，最大的超级地球的粘度沿地幔可能会接近1030 Pa·s的深部地幔。其次，我们使用这些计算值的地幔对流和岩石圈动力学的行星与多达10个地球质量的数值模拟。该模型假设了一个可压缩地幔，包括深度依赖的材料属性和塑性屈服诱导板块构造。结果证实了板块构造的可能性，并显示了一种新的深地幔温度的自我调节。深部地幔不是绝热的;相反，内部加热使温度升高，直到粘度低到足以促进放射性热的对流损失，这导致超绝热温度分布和粘度随深度增加不超过3个数量级，而不管为一个地幔计算的粘度增加。大型超级地球的对流特征是大的上升和小的，随时间变化的下降。如果超级地球在其形成后非常热/熔融，那么即使在数十亿年之后，其深部内部也可能仍然非常热，并且可能基本上熔融有“超级基底岩浆海洋”-一个更大的版本（Labrosse等人，2007年）。
2013-01-10 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Application of the Yin-Yang grid to a thermal convection of a Boussinesq fluid with infinite Prandtl number in a three-dimensional spherical shell
本文发展了一种新的有限差分数值程序，求解了无限普朗特数Boussinesq流体在三维球壳中的热对流问题。空间离散采用了一种称为“阴阳网格”的嵌套网格。这种网格自然避免了经纬度网格中不可避免的极点问题。将该程序应用于均匀粘性和变粘性的地幔对流的数值模拟。验证了阴阳网格在地幔对流模拟中的有效性。
2004-05-24 physics.comp-ph physics.geo-ph
Continuous reorientation of synchronous terrestrial planets controlled by mantle convection
很大一部分已知的岩石系外行星预计已经旋转到同步旋转的状态，包括温带行星。因此，对这类行星上发生的大气和表面过程的研究假设，在地质时间尺度上，昼夜面相对于表面是固定的。在这里，我们表明，这不应该是许多同步系外行星的情况。这是由于真正的极地漫游（TPW），一个众所周知的过程发生在地球和太阳系中，可以重新定位行星，而不会改变其相对于惯性参考系的旋转角动量的方向。与地球上一样，岩石系外行星地幔中的对流会不断扭曲它们的惯性张量，导致重新定向。此外，我们表明，这种重新定位是非常有效的同步行星的旋转速度较慢。这是由于它们的旋转/潮汐联合隆起的弱点-限制TPW的主要稳定因素。弹性岩石圈的稳定也被证明是无效的。因此，我们预计最小和最大转动惯量的轴会随着时间的推移而不断变化，但会分别与恒星-行星轴和轨道轴保持密切一致。
2018-09-04 astro-ph.EP physics.geo-ph
Initiation of Plate Tectonics from Post-Magma Ocean Thermo-Chemical Convection
地球上板块构造存在的主要理论通常呼吁当今条件在促进岩石圈流变弱化中的作用。然而，早期地球的条件是否有利于板块构造或任何形式的俯冲尚不清楚，因此俯冲是如何开始的也不清楚。使用基于颗粒损伤的物理模型，一种能够产生板状地幔对流的颗粒反馈机制，我们证明了俯冲作用在冥古宙地球上是可能的（以下称为原俯冲或原板块构造），原俯冲作用不同于现代板块构造，并且它可以迅速启动。对流与颗粒损伤的标度律表明，虽然无论是更高的地幔温度或更高的地面温度导致较慢的板块，原俯冲，与$\approx 1.75$厘米/年的板块速度，仍然可以保持在冥古宙，即使与CO $_2$丰富的原始大气。此外，当地幔位温较高时（如高于$\approx 2000$ K），俯冲模式转变为“缓慢俯冲”模式，俯冲带呈水滴状，板块边界呈扩散状。最后，岩浆后的海洋地幔对流的数值模型表明，原板块构造可能启动内$\sim100$万年的岩浆海洋凝固，与证据相一致的冥古宙锆石。原始俯冲开始后，非板块构造的“缓慢俯冲”占主导地位，让位于现代风格的板块构造，因为地幔内部和气候凉爽。冥古宙的原始俯冲作用可能会加速现代板块构造的开始，因为它会将大气中多余的CO $_2$抽出，使气候变冷。
2014-10-28 astro-ph.EP physics.geo-ph
Core and mantle thermal evolution constraints on the onset of plate tectonics and a long-lived geodynamo
Institute of Space Research, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)（空间研究所，德国航空航天中心）
研究通过1D模型探讨地核与地幔热演化，揭示地幔构造起源对地球热磁历史的影响，解决新地核悖论。
2026-08-21 astro-ph.EP physics.geo-ph
Mantle Decompression Thermal-Tsunami
以前在热物理学中，只考虑了三种热输运过程：传导、辐射和对流，或者更一般地说，浮力驱动的质量输运。作为整个地球减压动力学的结果，我增加了第四个，称为地幔减压热海啸，它可能会从一个迄今未预料到的来源在地壳底部安置热量。
2006-02-13 physics.geo-ph physics.hist-ph
Gravitational energy released when Earth quakes: Heat supply for island-arc volcanism
College of Geodesy and Geomatics, Shandong University of Science and Technology（山东科技大学测绘学院）；Institute of Earth Sciences, Academia Sinica（中央研究院地球科学研究所）
该研究提出第一性原理模型，揭示俯冲带逆冲地震释放约10太瓦引力能并转化为热，为岛弧火山作用提供充足热量，解决板块构造热源悖论，强调地震活动在板块能量学中的积极作用。
2026-09-16 physics.geo-ph
Inner core heterogeneity induced by a large variation in lower mantle heat flux
本文采用热对流近临界、成分对流强超临界的双组分对流发电机模型，证明CMB处O(10)的热通量变化可形成内核东西半球非均质性，并解释P波速度、磁通量变化及F层厚度等观测。
2024-08-03 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Thermochemical models of outer core convection with heterogeneous core-mantle boundary heat flux
School of Earth and Environment, University of Leeds（利兹大学地球与环境学院）
通过热化学对流模拟，研究核幔边界热流非均匀性如何导致局部稳定区域（区域反转透镜）的形成，并探讨其对地震和地磁观测的影响。
2026-06-10 astro-ph.EP physics.geo-ph
Mantle Convection and Nightside Volcanism on Lava World K2-141 b
University of Oxford（牛津大学）；Bayerisches Geoinstitut, University of Bayreuth（拜罗伊特大学巴伐利亚地球研究所）；Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen（格罗宁根大学卡普坦天文研究所）；Institute of Geophysics, Department of Earth and Planetary Sciences, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院地球与行星科学系地球物理研究所）；School of Physics and Astronomy, University of Leeds（利兹大学物理与天文学学院）
本研究通过二维对流模型探讨了岩浆世界K2-141 b的地幔动态、夜侧火山活动及挥发物逸出，发现火山活动可释放大量CO₂和H₂O，并分析了其热辐射信号对观测的影响。
2026-03-02 astro-ph.EP physics.geo-ph
Penetrative rotating magnetoconvection subject to lateral variations in temperature gradients
本文结合计算与理论分析，研究地幔热非均质性和稳定层结下的旋转穿透磁对流，量化有界域约束效应并给出穿透深度闭式表达式。
2024-12-06 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Deep learning for surrogate modelling of 2D mantle convection
German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）；Berlin Institute of Technology（柏林工业大学）
传统上，基于标度律的1D模型已被用于参数化地球、火星、水星和金星等类地行星内部的对流传热岩石，以解决2D或3D中高保真向前运行的计算瓶颈。然而，这些都是有限的物理量，他们可以模拟（例如，深度依赖的材料属性）和预测只有平均量，如平均地幔温度。我们最近表明，使用大量2D模拟训练的前馈神经网络（FNN）可以克服这一限制，并可靠地预测复杂模型的整个1D横向平均温度分布的演变。我们现在扩展了这种方法来预测完整的2D温度场，其中包含更多对流结构形式的信息，如热羽流和冷降流。使用10，525个类火星行星地幔热演化的二维模拟数据集，我们表明深度学习技术可以产生可靠的参数化代理（即仅基于参数预测温度等状态变量的代理）。我们首先使用卷积自动编码器将温度场压缩142倍，然后使用FNN和长短期记忆网络（LSTM）来预测压缩场。平均而言，FNN预测的准确率为99.30%，LSTM预测的准确率为99.22%。LSTM和FNN预测的适当正交分解（POD）表明，尽管平均绝对相对精度较低，但LSTM比FNN更好地捕获了流动动力学。当求和时，FNN预测和LSTM预测的POD系数分别为原始模拟系数的96.51%和97.66%。
2021-11-05 astro-ph.EP cs.LG physics.flu-dyn
Implication of the lopsided growth for the viscosity of Earth's inner core
地球内核有两个主要的地震特征：南北两极的各向异性和P波速度和衰减的东西不对称。如果剪切变形是由对流运动引起的，则预期各向异性。翻译作为一种重要的内核对流模式最近被提出。结合一个简单的扩散晶粒生长模型，这种机制是能够解释所观察到的地震不对称性，但不是体各向异性。因此，各向异性的来源必须在由更高的对流模式引起的剪切运动中寻找。利用混合有限差分球谐Navier-Stokes方程求解器，研究了在内核边界具有可渗透边界条件的三维球模型中平移和对流的相互作用.三个参数独立地起作用：粘性、内部加热和外核中的对流速度。我们的数值模拟表明，纯平移的优势，内核的粘度高于$10^{20}$ Pas。当粘度低于$10^{18}$ Pas时，对流运动几乎完全阻碍了平移。在这些值之间，平移和对流发展，但对流下降仅限于结晶发生的最冷半球。在另一侧，剪切几乎不存在，从而允许晶粒生长。我们建议，在我们的数值模型中观察到的平移和对流的共存导致地震的不对称性，但局部变形只在一个半球。
2012-03-21 physics.geo-ph
Scaling of plate-tectonic convection with pseudoplastic rheology
采用假塑性流变学和强温度依赖性粘滞模型模拟热对流，研究了板块-构造对流的标度性。地幔熔融的影响也探讨了额外的深度依赖粘度。热流标度可以构造只有两个参数，内部瑞利数和岩石圈的粘度对比，后者是完全由流变特性。板块构造对流和滞盖对流之间的过渡的临界粘度对比被发现是成正比的内部瑞利数的平方根。在此基础上讨论了地幔温度与地球表面热通量的关系，并证实了从全球能量平衡考虑的地幔温度与地球表面热通量之间的反比关系。在地表水的存在，以减少有效摩擦系数，板块构造的操作建议是似是而非的整个地球历史。
2010-08-27 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Scaling Laws for Convection with Temperature-dependent Viscosity and Grain-damage
对流与颗粒损伤的数值实验被用来开发对流热流，地幔速度，和板块速度跨越停滞盖和板块构造制度的标度律。三个主要的情况下，在增加复杂性的顺序：一个简单的情况下，其中粘度仅取决于粒度，粘度取决于温度和粒度的情况下，最后的情况下，粘度是温度和粒度敏感，和晶粒生长（或愈合）也是温度敏感的。在所有情况下，由于颗粒损伤的影响，具有颗粒损伤的对流的尺度不同于牛顿对流。对于完全现实的情况下，数值结果显示停滞盖对流，完全动员对流，类似于温度无关的粘度的情况下，和部分移动或过渡对流，取决于损伤愈合比，瑞利数，和粘度和愈合的活化能。将我们的比例定律应用于地球和金星的完全现实的情况下，我们证明，增加表面温度显着降低板块速度和热流，基本上关闭板块构造，由于增加愈合岩石圈剪切带，如前所述。与许多以前的研究相反，停滞盖和充分动员的制度之间的过渡制度是大的，从停滞盖流动对流的过渡是渐进的和连续的。因此，行星可以表现出全方位的表面流动性，而不是典型假设的完全移动的盖行星和停滞的盖行星的双峰分布。
2014-10-28 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Uniqueness of Herndon's Georeactor: Energy Source and Production Mechanism for Earth's Magnetic Field
赫恩登位于地球中心的地质反应堆不会发生熔毁，但最近发布的仿制地质反应堆却并非如此，这些反应堆必然会受到热核燃料、普遍高温环境和高围压的影响。赫恩登的地质反应器有望通过在产热和锕系元素沉淀之间建立平衡来实现自我调节。70年前的地球流体核心对流的观点被推翻了，因为热膨胀不能克服核心底部比顶部高23%的密度。无量纲的瑞利数是一个不适当的指标对流在地球的核心和地幔作为一个假设的结果，它是派生。简要地描述了地磁场起源、地幔对流的物理不可能性以及伴随而来的对板块构造理论的反驳。
2009-07-03 physics.gen-ph physics.geo-ph
Europa's ocean translates interior tidal heating patterns to the ice-ocean boundary
本研究通过全球直接数值模拟发现，木卫二海洋对流可传递地幔潮汐加热的纬度变化至冰壳，地幔主导加热类型决定了冰壳厚度的极赤差异及经度变化特征。
2023-11-20 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Morphology, interactions, and evolution of laminar thermal plumes revealed by time-resolved volumetric velocity measurements and analysis: Application to Earth's mantle
Department of Earth, Planetary, and Space Sciences, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校地球、行星与空间科学系）；Department of Earth and Planetary Sciences, Harvard University（哈佛大学地球与行星科学系）
通过4D速度测量研究高普朗特数瑞利-贝纳尔系统中成簇层流热柱的形态、相互作用与演化，揭示多种动力学行为并建立统一演化框架，为地幔对流模拟提供基准。
2026-09-29 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Symmetry and plate-like convection in fluids with temperature-dependent viscosity
我们探讨的不稳定性发展的流体中的粘度取决于温度。特别是，我们认为一个依赖模型非常粘（因此，而刚性）岩石圈对流地幔。为此，我们研究了一个二维对流问题，其中粘度取决于温度突然改变其值的一个因素400内的一个狭窄的温度差距。我们进行了一项研究，结合分叉分析和时间相关的模拟。解决方案，如极限环发现，从根本上与对称性的存在。自发的板状行为，迅速演变成一个停滞的盖政权出现零星通过突然爆发在这些周期。板块状的演变交替运动向左或向右，从而引入暂时的不对称对流风格。进一步的时间依赖性制度与停滞和板状盖子被发现和描述。
2014-02-12 math-ph math.MP physics.flu-dyn
A method for measuring and analyzing four-dimensional flow fields in viscous Rayleigh-Bénard convection
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Harvard University（哈佛大学）
本文提出一种结合三维扫描立体PIV与拉格朗日相干结构分析的实验方法，首次实现高普朗特数下多个层流热柱的定量四维速度测量与边界追踪，为地幔对流研究提供新工具。
2026-09-29 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Interior dynamics of super-Earth 55 Cancri e
本研究以 GCM 约束的表面温差为边界，通过二维地幔对流模拟揭示潮汐锁定熔岩行星 55 Cancri e 的昼侧超级地幔柱及其对脱气和大气化学差异的影响。
2023-08-01 astro-ph.EP physics.geo-ph
Torsion of a cylinder of partially molten rock with a spherical inclusion: theory and simulation
从地幔中迁移和提取熔体的过程尚未完全了解。更好地了解部分熔融岩石的材料特性有助于了解地幔中更大尺度上的熔融行为。在这项研究中，我们模拟了三维扭转变形的部分熔融岩石，其中包含一个刚性，球形夹杂物。我们比较计算的孔隙度模式，在最近的实验室实验中发现的。实验表明，岩石样品中出现了富熔体带，包裹体周围出现了压力阴影。数值模型显示类似的熔体丰富的带只有一个小的体积剪切粘度比（5或更少）。结果与早期的二维数值模拟是一致的，但是，我们表明，它是更容易形成熔体丰富的带在三维相比，两个。应变率依赖性的粘度的增加导致一个明显的变化，在夹杂物周围的压力阴影的形状。这种形状的变化为实验者提供了一个机会，以确定应变率的依赖性，因此在扭转实验中的夹杂物占主导地位的变形机制。
2015-10-16 physics.geo-ph
Convective regimes of internally heated steady thermal convection of temperature-dependent viscous fluid
本文通过二维稳态解和时间演化计算，研究了内部加热且粘性随温度变化的流体热对流状态，识别出介于活动盖层与停滞盖层之间的缓慢盖层状态，并揭示了努塞尔数标度律及大瑞利数下稳态解失稳的机制。
2025-08-22 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Low volcanic outgassing rates for a stagnant lid Archean Earth with graphite-saturated magmas
火山气体提供了地球早期大气的很大一部分，但对其流量的限制很少。在这里，我们的模型如何C-O-H脱气可能已经通过晚冥古宙和早太古代的条件下，全球板块构造尚未启动，所有的脱气是subaerative，石墨是稳定的碳相在熔体源区。该模型完全耦合数值地幔对流，分配到熔体中的挥发分，在气相中的化学形态。地幔氧化态（可能没有达到太古代晚期的冥古宙值）是对个别物种脱气率的主要控制，因为它影响玄武岩岩浆的碳含量和脱气挥发物的物种形成。来自地幔的火山气体比铁-方铁矿矿物氧化还原缓冲剂更还原，几乎不含CO2，因为（i）碳酸根离子仅以非常有限的量溶解在岩浆中，（ii）几乎所有脱气的碳都以CO而不是CO2的形式存在。对于氧化地幔附近的石英-铁橄榄石-磁铁矿缓冲区，我们预测中位数CO2出气率小于约5 Tmol/年，仍然低于许多太古代气候研究中使用的出气率。相对较弱的释气部分是由于氧化还原限制的石墨饱和熔体中的CO2含量，也到一个停滞的盖政权的上地幔挥发物的低效补充。我们的研究结果指出，在微弱的年轻太阳下，火山温室维持一个温暖的气候需要某些化学和地球动力学的先决条件。
2021-08-30 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
