Elektrická vodivost pláště a jeho termochemický a mineralogický stav: Přímá úloha

• Název práce v češtině: Elektrická vodivost pláště a jeho termochemický a mineralogický stav: Přímá úloha
• Název v anglickém jazyce: Electrical conductivity of the mantle and its thermochemical and mineralogical state: Forward problem
• Klíčová slova: minimalizace Gibbsovy energie|složení pláště
• Klíčová slova anglicky: Gibbs energy minimization|mantle composition
• Akademický rok vypsání: 2020/2021
• Typ práce: bakalářská práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra geofyziky (32-KG)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Jakub Velímský, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 18.11.2020
• Datum zadání: 20.11.2020
• Datum potvrzení stud. oddělením: 05.01.2021
• Datum a čas obhajoby: 14.09.2021 09:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 22.07.2021
• Datum odevzdání tištěné podoby: 22.07.2021
• Datum proběhlé obhajoby: 14.09.2021
• Oponenti: RNDr. Ondřej Šrámek, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Student se seznámí s petrochemickým programem PERPLE_X (Connolly, 2009) a s metodami minimalizace Gibbsovy energie pro výpočet fázového složení hornin v plášti. Student provede rešerši vodivostních parametrizací pro relevantní horniny přítomné v plášti z laboratorních měření (např. Katsura et al. 2007, Yoshino et al. 2010, Xu et al. 2000, Zhang et al 2012). Student sestaví databázi vodivostních modelů pro relevantní horniny. Student sestaví program pro výpočet vodivostního profilu pláště v závislosti na chemismu a teplotě (Khan, 2016). V případě rychlého postupu prací může student pokročit i k formulaci obrácené úlohy a interpretaci globálních vodivostních modelů (Velímský, 2010; Velímský & Knopp, in review).

Seznam odborné literatury

Connolly, J.A.D., 2009. The geodynamic equation of state: what and how. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 10:Q10014.

Katsura, T., Yokoshi, S., Kawabe, K., Shatskiy, A., Okube, M., Fukui, H., Ito, E., Nozawa, A., Funakoshi, K., 2007. Pressure dependence of electrical conductivity of (Mg,Fe)SiO3 ilmenite. Phys. Chem. Miner. 34:249.

Khan, A., 2016. On Earth’s Mantle Constitution and Structure from Joint Analysis of Geophysical and Laboratory-Based Data: An Example. Surv. Geophys. 37, 149-189.

Velímský, J., 2010. Electrical conductivity in the lower mantle: Constraints from CHAMP satellite data by time-domain EM induction modelling. Phys. Earth Planet. Int. 180(3-4):111-117.

Velímský, J., Knopp, O. Lateral variations of electrical conductivity in the lower mantle constrained by Swarm and CryoSat-2 missions, Earth, Planets, Space, in review.

Xu, Y., Shankland, T.J., Poe, B.T., 2000. Laboratory-based electrical conductivity in the Earth’s mantle. J Geophys Res 108:2314.

Yoshino, T., 2010. Laboratory electrical conductivity measurement of mantle minerals. Surv. Geophys. 31:163.

Zhang, B., Yoshino, T., Wu, X., Matsuzaki, T., Shan, S., Katsura, T. 2012. Electrical conductivity of enstatite as a function of water content: Implications for the electrical structure in the upper mantle. Earth Planet Sci. Lett. 357–358:11.

Předběžná náplň práce

Inverzí elektromagnetických dat lze získat vodivostní profily pláště. Pro inverzi je nutné využít apriorní informace o spojitosti profilu a známých fázových přechodech v plášti. Alternativním přístupem může být neinvertovat vodivost přímo, ale jako parametr modelu využít profil chemického složení a geotermální gradient. Za pomoci petrochomemických metod a známých laboratorních měření vodivosti hornin lze pak rekonstruovat vodivosti s fyzikálně přirozenými nespojitostmi, odpovídajícími přítomným fázovým přechodům. Výhodou této inverze je i to, že takové modelové parametry lze později porovnávat s výsledky seismické tomografie. Tato bakalářská práce se zabývá klíčovým článkem celého řetězu, který zatím na našem pracovišti nemáme k dispozici: jak z daného složení pláště a laboratorních měření vodivosti jednotlivých hornin sestavit termochemicky a mineralogicky konzistentní vodivostní model.