Dynamika pláště a litosféry - NGEO035

• Anglický název: Dynamics of Mantle and Lithosphere
• Zajišťuje: Katedra geofyziky (32-KG)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2016
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 6
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/2, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština, angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: doc. RNDr. Hana Čížková, Ph.D.
• Vyučující: doc. RNDr. Hana Čížková, Ph.D.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Geofyzika

Anotace

čeština

Vnější a vnitřní zdroje tepla v Zemi. Základní rovnice termální konvekce. Termální konvekce jako nelineární dynamický systém. Termální modely Země. Radioaktivita hornin, určování stáří hornin.

Poslední úprava: T_KG (09.05.2013)

angličtina

Heat sources in the Earth. Basic equations of thermal convection. Thermal convection as a nonlinear dynamic system. Thermal models of the Earth. Radioactivity of the rocks, radiometric dating.

Poslední úprava: T_KG (09.05.2013)

Cíl předmětu

čeština

Přednáška slouží pochopení obecných principů přenosu tepla v termomechanice kontinua a jejich aplikací při vytváření termálních modelů Země. Posluchači se seznámí s rovnicemi popisujícími proudění v plášti a metodami jejich řešení.

Poslední úprava: Čížková Hana, doc. RNDr., Ph.D. (20.11.2013)

angličtina

Understanding general principles of heat transport in continuum and application on thermal models of the Earth. Students will learn basic equations describing mantle flow and methods of their solution.

Poslední úprava: Čížková Hana, doc. RNDr., Ph.D. (20.11.2013)

Podmínky zakončení předmětu

Zápočet bude udělen na základě předložení písemné zprávy o výsledcích zadaných počítačových cvičení.

Poslední úprava: Čížková Hana, doc. RNDr., Ph.D. (06.10.2017)

Literatura

• C. Matyska, Mathematical Introduction to Geothermics and Geodynamics, předběžná verze učebního textu.

• G.F. Davies, Dynamic Earth, Cambridge University Press, Cambridge 1999.

• G. Schubert, D.L. Turcotte, P. Olson, Mantle convection in the Earth and planets, Cambridge University Press, 2001.

Poslední úprava: T_KG (09.05.2013)

Metody výuky

čeština

Přednáška + cvičení

Poslední úprava: T_KG (09.05.2013)

angličtina

Lecture + exercises

Poslední úprava: T_KG (09.05.2013)

Požadavky ke zkoušce

Zkouška je ústní, požadavky odpovídají sylabu v rozsahu prezentovaném na přednášce.

Poslední úprava: Čížková Hana, doc. RNDr., Ph.D. (06.10.2017)

Sylabus

čeština

Přenos tepla v pohybujícím se kontinuu

Základní rovnice - zákony zachování hmoty, hybnosti a energie, reologie, stavová rovnice, hraniční podmínky. Rozbor jednotlivých členů tepelné rovnice (lokální změny teploty, vedení a advekce tepla, adiabatické zahřívání a ochlazování, disipace, zdroje tepla).

Termální konvekce v zemském plášti

Boussinesqova aproximace základních rovnic. Bezrozměrné rovnice; Prandtlovo, Rayleighovo a disipační číslo. Hraniční podmínky. Statické řešení. Dvourozměrné modelování - proudová funkce.

Základní charakteristika termální konvekce

Linearizovaná teorie - počátek konvekce. Závislost stylu konvekce na velikosti Rayleighova čísla. Vliv vnitřního zahřívání, stlačitelnost, tlaková a teplotní závislost reologie a fázové přechody. Chaos.

Koeficienty v rovnici přenosu tepla

Tepelná vodivost a kapacita, hustota, tepelné zdroje, měření tepelného toku, vyzařování tepla ze zemského povrchu.

Teplota zemského pláště a jádra

Adiabatický gradient; odhady teploty v plášti pomocí adiabatického gradientu; teplota tání železa v souvislosti s teplotou rozhraní mezi vnitřním a vnějším jádrem a odhady teploty ve vnějším jádře; teplotní skok přes vrstvu D".

Horké skvrny

Rozložení; původ; interakce s litosférou; referenční vztažná soustava - putování pólů.

Termální modely oceánské litosféry

Poloprostorový model - analytické řešení, povrchový tepelný tok, hloubka oceánského dna, změny hladiny oceánů v geologické minulosti; uvolňování tepla v subdukčních zónách.

Radioaktivita Země a geochronologie

Alfa-, beta- a k-rozpady; metoda izochron; metody olova, rubidia a argonu; radiouhlíkové datování; stáří Země.

Modely chladnutí Země

Škálovací vztahy mezi parametry konvekčních modelů. Řešení termální rovnice s radiogenními zdroji tepla ubývajícími s časem.

Poslední úprava: T_KG (09.05.2013)

angličtina

Heat transport in continuum

Basic equations - mass, momentum and energy conservation, rheology, state equation, boundary conditions. Individual terms of heat equation (temperature changes, heat conduction and advection, adiabatic heating/cooling, viscous dissipation, heat sources).

Thermal convection in the Earth mantle

Boussinesq approximation of basic equations. Dimensionless equations; Prandtl, Rayleigh and dissipation numbers. Boundary conditions. Static solution. Two-dimensional problem - stream function.

Basic characteristics of thermal convection

Linearised theory - onset of convection. Style of convection as a function of Rayleigh number. Effects of internal heating, rheology, phase transitions and compressibility. Chaos.

Parameters of heat equation

Thermal capacity and diffusivity, density, heat sources. Heat flux through the Earth surface.

Temperature in the mantle and core

Adiabatic gradient, estimates of mantle temperature. Iron melting temperature and inner-core boundary temperature. Temperature jump across the D“.

Hotspots

Distribution, origin. Interaction with the lithospheric plates. Reference system.

Thermal models of oceanic lithosphere

Half-space model. Analytical solution, surface heat flux, ocean depth. Heat released in subduction zones.

Earth radiactivity and geochronology

Alfa-, beta- and k-decay; P, Rb, Ar-methods; radiocarbon dating; age of the Earth.

Cooling of the Earth

Parameterised convection, scaling relations. Solution of the heat equation with decaying radiogenic heat sources.

Poslední úprava: T_KG (09.05.2013)