Analogue and numerical simulations of the geodynamical systems - insights from the models of the Earth collision tectonics and Martian mudflows

Abstract

Analogové a numerické modelování v geovědách představuje vynikající nástroj ke studiu složitých časoprostorových vztahů při transferu hmoty a energie. Současný rozvoj a pokrok na poli deskové tektoniky a planetologie vyžaduje kombinaci obou přístupů pro simulaci procesů, které nelze studovat přímo in situ. Pokročilé fyzické modely jsou doplňovány deformační analýzou vycházející z obrazové velocimetrie a fotogrammetrie zatímco numerické simulace využívají moderních i tradičních metod pro řešení příslušných rovnic ve složitých doménách. Předkládaná práce kompletuje několik typů modelů, které jsou zaměřeny jednak na deformační analýzu spojenou s transferem materiálu a tepla v akrečních systémech, tak i na simulaci vzniku a vývoje rozsáhlých bahenních proudů v atmosférických podmínkách Marsu. V první části práce uvádíme obecný přehled problematiky analogového a numerického modelování včetně škálovacích vztahů, řídících rovnic, jednotlivých metod a historie. Ve druhé části práce se zabýváme laboratorními i numerickými simulacemi kolizní-indentační tektoniky spojené se vznikem velkých akrečních systémů na Zemi. Poslední část práce je věnována experimentům navrženým pro studium vzniku a vývoje bahenních proudů, které vznikají v důsledku předpokládané kryovulkanické činnosti na povrchu Marsu. První série...

Analogue and numerical modelling in geosciences is an excellent tool for studying complex spatio-temporal relationships in mass and energy transfer. Recent developments and advances in the plate tectonics and planetology require a combination of both approaches to simulate processes that cannot be studied directly in-situ. Advanced physical models are complemented by deformation analysis which is based on image velocimetry and photogrammetry, while numerical simulations utilize both modern and traditional methods to solve corresponding equations in complex domains. This work compiles several models that are focused on deformation analysis associated with material and heat transfer in large accretionary systems. The second subject of the thesis represent the investigation of the formation and propagation of large mudflows in martian atmospheric conditions. In the first part of the work we present a general overview of the problems of analogue and numerical modelling including scaling theory, governing equations, individual methods and history. In the second part of the thesis we deal with laboratory and numerical simulations of collision-indentation tectonics associated with the emergence of large accretionary systems on Earth. The last part of the thesis is devoted to experiments designed for the...