実地球環境におけるダイナモ作用の研究

真实地球环境中发电机作用的研究

• 批准号: 05J11113
• 负责人: 大石 裕介
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J11113/
• 关键词: 数値シミュレーション; ダイナモ; 地球磁場; 地磁気; 電磁流体力学; MHD; コア

本研究課題では地球磁場の生成機構の解明を目的としたMHD(電磁流体力学)ダイナモシミュレーションを行った。ここ10年間で盛んに行われるようになった同様のシミュレーションにより,外核内における対流運動と磁場変動によるダイナモ作用についての知見が広がってきている。本研究では特に、地球シミュレーターを用いた大規模シミュレーションによって、地磁気ダイナモにおけるレイリー数、および熱条件の影響に関する検討を行った。地球の磁場は外核内の液体鉄の対流運動に伴うダイナモ作用によって生成・維持されている。外核内の対流は、(a)地球の冷却、および(b)冷却に伴う内核の成長に際して放出される潜熱、軽元素などによって駆動されている。このうち(b)は内核表面に局在する浮力ソースであるが、これまでに報告されているダイナモシミュレーション研究における多くのモデルでは、(b)のみを考慮している。我々はより実地球に近いモデルを目指し、(a)の影響をも考慮したダイナモモデルを用いたシミュレーションを実施した。その結果、磁場の安定性(磁場の双極子成分の逆転の有無)がコア対流へのエネルギーインプットの大きさを表すレイリー数のみならず、熱源の分布の仕方にも依存している((b)の寄与が大きいほど不安定化しやすい)ことを明らかにした。これまでの地磁気ダイナモのシミュレーション研究においては、磁場の安定性が、レイリー数に依存すること(e. g.,Kutzner and Christenen,2002)、および上部境界の温度境界条件の水平分布が影響していること(Glatzmaier et al.,1999)などが指摘されている。本研究の結論はそれに加わる新しい磁場の不安定化要因の可能性を示唆するもので重要である。

在这个研究项目中，我们进行了MHD（磁流体动力学）发电机模拟，旨在阐明地球磁场的产生机制。类似的模拟在过去十年中变得流行，扩大了我们对外核内对流运动和磁场波动引起的发电机效应的认识。在这项研究中，我们通过使用地球模拟器进行大规模模拟，特别研究了瑞利数和热条件对地磁发电机的影响。地球磁场是由与外核中液态铁的对流运动相关的发电机效应产生和维持的。外核内的对流是由（a）地球冷却和（b）内核冷却过程中释放的潜热和轻元素驱动的。其中，(b)是位于内核表面的浮力源，但迄今为止报道的发电机模拟研究中的许多模型仅考虑(b)。为了建立更接近真实地球的模型，我们使用发电机模型进行了模拟，该模型也考虑了（a）的影响。因此，磁场的稳定性（磁场偶极子分量是否存在反转）不仅取决于瑞利数（代表核心对流输入能量的大小），还取决于热源分布((b))的贡献越大，越容易变得不稳定。先前对地磁发电机的模拟研究表明，磁场的稳定性取决于瑞利数（例如，Kutzner和Christenen，2002），并且受到上边界温度边界条件水平分布的影响（Glatzmaier等） al., 1999) 已被指出。这项研究的结论很重要，因为它表明磁场中可能存在新的不稳定因素。