地球ダイナモモデルの計算法の開発:核-マントル境界における境界条件の検討

• Project/Area Number: 17654086
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Solid earth and planetary physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 清水 久芳 東京大学, 地震研究所, 助手 (70302619)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2006: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2005: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
• Keywords: 地球ダイナモ / 電磁流体力学 / 境界層

Research Abstract

回転している電磁流体の固液境界にできる境界層について、慣性力が無視できる場合の、任意の磁場に対する境界層適合条件を導出した。この境界層の線形安定性の解析を行い、境界層の安定性についての条件を調査したところ、地球流体核内部の条件では、赤道域で境界層が不安定になる可能性があることが判明した。これは主に慣性力の効果によるもので、境界層内の力のバランスに対する慣性力調節や、境界層の剥離につながると考えられる。実際に、メリーランド大学の回転電磁流体実験グループによる最新の実験では、地球とはサイズは異なるものの、回転球殻内の電磁流体の流れでは顕著な慣性波が観測されている。原因の特定はされていないが、境界層の不安定が慣性波生成の原因である可能性がある。これまでに求めた境界層適合条件は、慣性力が影響を与える系においては適用不可能であるため、慣性力が回転電磁流体に与える影響について、新たに研究することとした。(このため、当初予定していた、境界層適合条件の数値計算におけるパフォーマンスの検証については、行わなかった。)
回転系電磁流体においては、系の回転と磁場の方向に、特徴的な流れの構造が出現する。系統的な議論を行うため、境界層に限定せずに、コリオリカ、ローレンツカ、慣性力がほぼバランスする系における、特徴的な構造を求めた。系統的な解析を行うために、境界層に限らない、定常流のモード解析を行った。これにより、慣性力が効く系においては、1km以下のスケールまで、回転と磁場の影響が顕著なモードが存在することが確認された。さらに、時間依存性を考慮した問題に対する定式化を行い、慣性力の影響がある場合の境界層適合条件とその数値計算における有用性を評価するための準備をした。