Thermal Convection in Terrestrial Planetary Mantles

Abstract

V této práci prezentujeme výsledky numerických modelů termálního vývoje Země a terestrických planet. Zaměřili jsme se zejména na dva problémy: I) studi- um vnitřní struktury Venuše a Merkuru s využitím měřených dat - geoidu a povrchové topografie, a II) vliv post-perovskitu na chladnutí Země. V části I jsme provedli simulace tečení v plášti Venuše v modelech s různým reolog- ickým popisem. Modelová spektra geoidu a topografie jsme porovnali se spek- try měřených dat. Nejlepší shodu s daty dostáváme pro model s radiálním profilem viskozity charakterizovaným 200 km silnou litosférou, bez astenosféry a s nárustem viskozity ve spodním plášti. Naopak, žádný z našich modelů Merku- ru nevystihoval pozorovaná data. To naznačuje, že geoid a topografie na Meruku- ru mají jiný než dynamický původ. V části II jsme se zabývali otázkou, jak přítomnost nízkoviskozního post-perovskitu ovlivní konvekci a chladnutí Země. Ukázali jsme, že přítomnost post-perovskitu výrazně zvýší efektivitu chladnutí jádra. Oproti tomu zahrnutí hloubkově závislých materiálových parametrů (tep- lotní roztažnost a vodivost) chladnutí zpomaluje. 1

In this thesis, we present results of a numerical modelling study focused on the thermal evolution of the Earth and terrestrial planets. We focus particularly on two problems: I) constraining the internal structure of Venus and Mercury using their geoid and surface topography data and II) evaluating the effects of a rhe- ologically distinct post-perovskite on the secular cooling of the Earth. In part I, we performed simulations in a broad group of models of the Venusian man- tle, characterised by different rheological descriptions, and we compared spectra of their geoid and their surface topography with the observed quantities. Our analysis suggested that the geoid and the surface topography of Venus are con- sistent with a radially symmetric viscosity model with a strong 200 km thick lithosphere, without an asthenosphere and with a gradual viscosity increase in the underlying mantle. In the case of Mercury, none of our models was able to predict observed data, thus suggesting other than a dynamic origin of observed geoid and topography. In part II, we investigated style of Earth's mantle con- vection and its long-term evolution in the models that take into account a weak post-perovskite. We conclude that the presence of the weak post-perovskite en- hances the core cooling. This effect is comparable in...