History of the global Earth models. Free oscillations of the Earth - theoretical introduction. PREM. Mineral physics under high pressures and temperatures. Seismic tomography - global models. Three-dimensional density anomalies and mantle convection.
Last update: T_KG (16.05.2001)
Historický vývoj modelů Země. Vlastní kmity Země - teoretický úvod. Model PREM. Minerálová fyzika za vysokých teplot a tlaků. Globální modely sestrojené pomocí seismické tomografie, třírozměrné modely hustotních anomálií a konvekce v plášti Země.
Aim of the course -
Last update: T_KG (26.03.2008)
The lecture introduces into basic methodological approaches resulting in description of global physical properties of the Earth.
Last update: T_KG (26.03.2008)
Seznámení se základními metodologickými postupy a jejich výsledky, které vedou k popisu globálních fyzikálních vlastností Země.
Course completion requirements - Czech
Last update: doc. RNDr. Ctirad Matyska, DrSc. (11.10.2017)
Zkouška je ústní, požadavky odpovídají sylabu v rozsahu prezentovaném na přednášce.
Literature - Czech
Last update: RNDr. Pavel Zakouřil, Ph.D. (05.08.2002)
M. Šolc, J. Zahradník, Astronomie, astrofyzika a geofyzika I: Země a sluneční msoustava, MFF UK, Praha 1985.
G.F. Davies, Dynamic Earth, Cambridge University Press, Cambridge 1999.
Š. Ochaba, Geofyzika, Slovenské pedagogické nakladatelstvo, Bratislava 1986.
J.-P. Poirier, Introduction to the Physics of the Earth's Interior, Cambridge University Press, Cambridge 2000.
D.E. James (ed.), Encyclopedia of Solid Earth Geophysics, Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1989.
Z. Martinec, Free Oscillation of the Earth, Travaux Géophysiques No. 591.
Teaching methods -
Last update: T_KG (11.04.2008)
Lecture
Last update: T_KG (11.04.2008)
Přednáška
Syllabus -
Last update: T_KG (07.05.2002)
Models of the Earth's internal constitution - historical outline
18th-19th centuries - density models based on geodetic observations; seismology in the first half of the 20th century - wave phases, standard hodochrons, interfaces (CMB, Moho, inner core), Jeffreys-Bullen tables, 20°-discontinuity; Bullen's velocity and density models - Adams-Williamson's equation; continental drift and plate tectonics; computer era in seismology (surface waves, free oscillations, seismic tomography); mineral physics and geodynamical modelling.
Free oscillations of the Earth
Historical remarks; basic axioms in continuum mechanics, the Cauchy and the Piola-Kirchhoff stress tensors and momentum equations, boundary conditions; linearized theory - relation between the Cauchy and the Piola-Kirchhoff stress tensors in a prestressed body and the momentum equation for a general model of the Earth; SNREI - toroidal and spheroidal oscillations; mode splitting due to asphericities.
PREM
Data, anisotropy, resulting model.
Postglacial rebound
Timescales of slow processes in the Earth - comparison of momentum equations and rheological behaviour; viscoelasticity and the Laplace transform; Love numbers and normal modes; relaxation times of basic modes; viscosity profiles of the mantle.
Mineral physics
Mineralogical composition of the Earth's interior; Clapeyron's equation; shock waves experiments - Hugoniot's relations; characteristics of static experiments; phase transitions in the mantle in olivine and pyroxene-garnet groups and their relevance to 440km and 670km interfaces; state of the core - melting of iron.
Global seismic tomography
Kinematic tomography - linearization; "local" and "global" parametrizations by boxes and/or spherical harmonics; minimizations of the misfit functional - overdetermined and underdetermined problems; global results for the mantle, D" (CMB) and the core; fate of lithospheric slabs and the lower mantle superplumes.
Remarks on 3-D geodynamical modelling
Body forces - problems with the conversion of tomographic models into density anomalies; non-uniqueness and instability of the gravity inversion, couplings - lateral variations and nonlinearity of the rheology.
Literature:
G.F. Davies, Dynamic Earth, Cambridge University Press, Cambridge 1999.
J.-P. Poirier, Introduction to the Physics of the Earth's Interior, Cambridge University Press, Cambridge 2000.
D.E. James (ed.), Encyclopedia of Solid Earth Geophysics, Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1989.
Z. Martinec, Free Oscillation of the Earth, Travaux Géophysiques No. 591.
Last update: T_KG (07.05.2002)
Modely stavby Země - historický úvod
18. a 19. stol. - hustotní modely založené na geodetických pozorováních; seismologie v první polovině 20. stol. - rozhraní (jádro-plášť, Moho, vnitřní jádro), jednotlivé fáze, standardní hodochrony, Jeffreys-Bullenovy tabulky, 20°-diskontinuita; Bullenův model rychlostí a hustot - Adams-Williamsonova rovnice; kontinentální drift a desková tektonika; počítačová éra v seismologii (povrchové vlny, vlastní kmity, seismická tomografie); minerálová fyzika a geodynamické modelování.
Vlastní kmity Země
Historické poznámky; zakladní axiómy mechaniky kontinua, Cauchyho a Piola-Kirchhoffův tenzor napětí a pohybová rovnice, podmínky na rozhraních; linearizovaná teorie - vztah mezi Cauchyho and Piola-Kirchhoffovým tenzorem napětí v předpjatém tělese a pohybová rovnice obecného modelu Země; SNREI - toroidální a sferoidální kmity; štěpení kmitů díky odchylkám od sférické symetrie.
PREM
Data, anizotropie, výsledný model.
Postglaciální výzdvih
Časová měřítka pomalých procesů v Zemi - změny v reologickém popisu a v pohybové rovnici; viskoelasticita a Laplaceova transformace; Loveova čísla a normální módy; relaxační časy jednotlivých módů; průběh viskozity v zemském plášti.
Minerálová fyzika
Mineralogické složení nitra Země; Clapeyronova rovnice; experimenty s rázovými vlnami - Hugoniotovy vztahy; statické experimenty; fázové přechody v plášti v olivínu, pyroxenech a granátech a jejich vztah k rozhraní v hloubce 440 km a 670 km; tání železa v zemském jádře.
Globální seismická tomografie
Kinematická tomografie - linearizace; "lokální" a "globální" parametrizace; minimalizace funkcionálu chyb - přeurčené a podurčené úlohy; globální výsledky pro plášť, D" (CMB) a jádro; osud subdukované litosféry a superplumy ve spodním plášti.
Poznámky o třírozměrném geodynamickém modelování
Objemové síly - problém konverze tomografických modelů na anomálie hustot; nejednoznačnost a nestabilita inverzí gravitačního pole; vliv laterálních variací a nelinearit viskozity.
