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。

该研究主题是使用MHD（磁流体动力学）发电机模拟进行的，以阐明产生地球磁场的机制。在过去的十年中，类似的模拟更频繁地进行了有关对流运动在外芯和磁场波动中的发电机效应的知识。在这项研究中，我们研究了雷利数量和热条件在地磁发电机中的影响，尤其是使用地球模拟器的大规模模拟。地球的磁场是通过与外芯内液体铁的对流运动相关的发电机动作产生和维护的。外部芯内的对流是由（a）在（a）冷却地球和（b）生长内芯时释放的潜热，光元素等驱动的。其中，（b）是浮力源位于内核表面上的浮力来源，但是在先前报道的发电机模拟研究中的许多模型中，仅考虑（b）。我们的目的是创建一个更接近现实世界的模型，并使用发电机模型来考虑（a）的效果。结果，揭示了磁场的稳定性（无论磁场的偶极子成分是倒置的）不仅取决于雷利的数量，这代表了对核心对流的能量输入的幅度，还代表了热源分布的方式（b）的贡献越大，它的贡献就越大，它的可能性就越大）。对地磁发电机的先前模拟研究指出，磁场稳定性取决于雷利数（例如，Kutzner和Christenen，2002年），并且上边界的温度边界条件的水平分布具有效果（Glatzmaier等，1999）。这项研究的结论很重要，这表明可能会添加新的磁场不稳定因子的可能性。