Efuzivní kryovulkanizmus za nízkého tlaku

• Název práce v češtině: Efuzivní kryovulkanizmus za nízkého tlaku
• Název v anglickém jazyce: Effusive cryovolcanic activity in low pressure environment
• Klíčová slova: kryovulkanizmus|fázové přechody|reologie ledu|numerické modelování
• Klíčová slova anglicky: cryovolcanism|phase change|ice rheology|numerical modelling
• Akademický rok vypsání: 2025/2026
• Typ práce: disertační práce
• Ústav: Katedra geofyziky (32-KG)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Vojtěch Patočka, Ph.D.
• Konzultanti: Mgr. Petr Brož, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Projekt kombinuje analogové a numerické modelování vodního tělesa vystaveného nízkému atmosférickému tlaku. Voda, která je vystavena nízkému tlaku se začne vařit, ale u povrchu naopak zamrzá. Student se zúčastní tří sérií experimentů ve vakuové komoře na Open University v UK a pozorování doplní numerickými simulacemi. Cílem numerických simulací je kvantifikovat interakci mezi bublinami, které stoupají pod ledovou krustou a akumulují se pod ledovými kapsami vznikajícími u povrchu. Student upraví a použije existující geodynamický software (StagYY/ASPECT/MilleFEuiIle) a spočte odezvu visko-elasto-plastické desky na spodní trakci reprezentující vztlak bublin. Parametry desky i bazální trakce budou varírovány, což pomůže sestavit diagram stability ledové krusty. V další fázi projektu bude v analogových a případně i v numerických experimentech diskutován vliv příměsí a vliv režimu tečení kapalné vody.

Seznam odborné literatury

Allison, M.L., and Clifford, S.M., 1987, Ice-covered water volcanism on Ganymede: Journal of Geophysical Research, v. 92, p. 7865–7876.

Bargery, A.S., Lane, S.J., Barrett, A., Wilson, L., and Gilbert, J.S., 2010, The initial responses of hot liquid water released under low atmospheric pressures: Experimental insights: Icarus, v. 210, p. 488–506,

Brož, P., Krýza, O., Conway, S.J., Mueller, N.T., Hauber, E., Mazzini, A., Raack, J., Patel, M.R., Balme, M.R., and Sylvest, M.E., 2020b, Mud flow levitation on Mars: Insights from laboratory simulations: Earth and Planetary Science Letters, v. 545

Brož, P., Krýza, O., Patočka, V., Pěnkavová, V., Conway, S.J., Mazzini, A., Hauber, E., Sylvest, M.E., and Patel, M., 2023, Volumetric changes of mud on Mars: Evidence from laboratory simulations: Journal of Geophysical Research: Planets, v. 128, e2023JE007950

Lesage, E., Schmidt, F., Andrieu, F., and Massol, H., 2021, Constraints on effusive cryovolcanic eruptions on Europa using topography obtained from Galileo images: Icarus, v. 361, 114373

Morrison, A.A., Whittington, A.G., and Mitchell, K.L., 2022, A reevaluation of cryolava flow evolution: Assumptions, physical properties, and conceptualization: Journal of Geophysical Research: Planets, v. 128

Quick, L.C., Glaze, L.S., and Baloga, S.M., 2017, Cryovolcanic emplacement of domes on Europa: Icarus, v. 284, p. 477–488.

Patočka, V., Čížková, H., Tackley, P. (2019): Do elasticity and a free surface affect lithospheric stresses caused by upper mantle convection?, Geophys. J. Int., 216(3), 1740-1760.

Souček, O., Běhounková, M., Čadek, O., Hron, J., Tobie, G., Choblet, G., 2019. Tidal dissipation in Enceladus' uneven, fractured ice shell, Icarus, 328, 218-231

Předběžná náplň práce

Cílem projektu je porozumět tomu, jak probíhá efuzivní kryovulkanizmus v prostředí s nízkým atmosférickým tlakem (odpovídající podmínkám Marsu nebo ledových měsíců). Voda, která se dostane na povrch planety se za takových podmínek začne vařit, ale u povrchu naopak zamrzá. Předmětem studia bude interakce těchto dvou simultánních fázových přechodů: student se zaměří na to, nakolik jsou stoupající bubliny vodní páry schopné narušit vznikající vrstvu ledu. Za tímto účelem budou provedeny tři série experimentů v nízkotlaké komoře na Open University v UK. Analogové experimenty student doplní numerickým modelováním, jejichž cílem bude simulovat odezvu visko-elasto-plastické desky na spodní trakci reprezentující vztlak bublin. Student upraví existující software (StagYY/ASPECT) a zaměří se na vliv tlouštky desky a vazbu mezi ohybem desky a kumulaci bublin pod ní. V další fázi projektu bude zkoumán vliv solí a režimu proudění pod zamrzající vrstvou ledu.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The PhD project aims to improve our understanding of the process of effusive cryovolcanism by studying the double phase transition of water in vacuum-like and Mars-like pressure environments. In particular, the research will focus on understanding how boiling inside an exposed water tank affects the freezing of the surface, what structure the ice will form and what role salts and changes in flow regime will play in the process of freezing. To find the answers, the applicant will carry out three experimental campaigns in a low-pressure chamber located at the Open University in the UK. The analog experiments will be complemented with numerical modelling, the focus of which will be on understanding the interaction between bubbles trapped below the ice and ice cracking. To this end, the student will modify an existing geodynamical software (StagYY/ASPECT/MilleFEuiIle) and simulate the response of a visco-elasto-plastic plate to forcing from below.