Deformační mechanismy a konvekce v ledu I

Abstract

In recent decades, icy moons have become the centre of attention because of the possible existence of conditions favourable to life, such as long-term stable subsurface oceans. Whether such conditions exist depends largely on the bodies' thermal evolution, linked to the heat transfer efficiency through the uppermost ice shell. To assess the heat transfer efficiency, it is necessary to characterise the mechanisms responsible for the deformation in the ice. Experimental studies suggest multiple mechanisms contributing to the deformation of the ice. We use a rheological model informed by these studies to identify the prevailing deformation mechanism and to explore how the ice deforms over a range of stress, temperature, and grain size. Using numerical modelling and community code ASPECT, we perform a parametric study with a model inspired by Europa to investigate how the thermal evolution of an ice shell depends on the ice shell thickness, grain size and gravitational field strength. We conclude that the thermal evolution is highly sensitive to these parameters, with relatively small changes significantly affecting the result.

Ledové měsíce se v posledních desetiletích dostaly do popředí zájmu díky možnosti existence podmínek vhodných k životu, jako je např. dlouhodobě stabilní podpovrchový oceán. Zda takové podmínky skutečně existují závisí na jejich termálním vývoji, který je určen efektivitou přenosu tepla ve svrchní ledové vrstvě. K posouzení účinnosti přenosu tepla je nutné charakterizovat mechanismy zodpovědné za deformaci ledu. Z experimen- tálních studií plyne, že na deformaci ledu se podílí několik mechanismů. Pomocí reologic- kého modelu založeném na těchto studiích jsme určili převládající mechanismus deformace a prozkoumali deformaci ledu pro různá napětí, teploty a velikosti zrna. Pomocí metod numerického modelování a volně dostupného kódu ASPECT jsme provedli parametrickou studii s inspirovanou strukturou Europoy. Cílem bylo prozkoumání závislosti termálního vývoje ledové slupky na její tloušťce, velikosti zrna a gravitačním zrychlení. Výsledky ukazují, že termální vývoj je na tyto parametry velmi citlivý, kdy jejich relativně malé změny výrazně ovlivní výsledek.