Termální konvekce v ledové vrstvě s viskozitou závislou na historii deformace

• Název práce v češtině: Termální konvekce v ledové vrstvě s viskozitou závislou na historii deformace
• Název v anglickém jazyce: Thermal convection in an ice layer with a viscosity depending on the deformation history
• Klíčová slova: numerické modelování|ledové měsice|termální konvekce
• Klíčová slova anglicky: thermal convection|numerical modeling|icy moons
• Akademický rok vypsání: 2023/2024
• Typ práce: bakalářská práce
• Ústav: Katedra geofyziky (32-KG)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Ondřej Čadek, CSc.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 25.10.2023
• Datum zadání: 26.10.2023
• Datum potvrzení stud. oddělením: 26.10.2023
• Konzultanti: Mgr. Martin Kihoulou, DiS.

Zásady pro vypracování

Většina měsíců ve vnější sluneční soustavě obsahuje vysoký podíl vodního ledu, který se vyskytuje zpravidla v pevném skupenství (vnější slupka) a v některých případech i v kapalné podobě (podpovrchový oceán). Otázka, zda ve vnějších slupkách ledových měsíců může docházet k termální konvekci, podobně jako je tomu v plášti Země, nebyla dosud jednoznačně zodpovězena. Důvodem je skutečnost, že led má poměrně komplikované reologické vlastnosti a jeho efektivní viskozita závisí nejen na teplotě a napětí, ale také na historii deformace, která ovlivňuje velikost ledových zrn, jejich prostorové uspořádání a pevnost ledu. Většina modelů, které se konvekcí v planetárním ledu zabývají, je značně zjednodušených a většinou nezahrnují vliv vývoje zrna na difúzní creep ledu ani anizotropii vyvolanou reorientací krystalů v důsledku dislokačního creepu. Cílem bakalářské práce je vyvinout model termální konvekce v ledové vrstvě s realistickou reologií. Student se hlouběji seznámí s Boussinesqovou aproximací rovnic termální konvekce a reologií ledu. S pomocí softwaru FEniCS připraví program umožňující simulace termální konvekce v obdélníkové oblasti a správnou funkci tohoto programu zkontroluje s pomocí klasického Blankenbachova testu. V dalším kroku do programu zahrne čtyři creepové mechanismy umožňující deformaci ledu a program opět otestuje, tentokrát proti výsledkům Martina Kihoulou (konzultant práce). Historii deformace zahrne lagrangeovsky metodou stopovacích prvků (markerů). Jelikož čas na vypracování bakalářské práce je omezený, téma je poměrně obtížné a student vstupuje do neprobádaných vod, vybere si z výše uvedených mechanismů (vývoj velikosti zrna, reorientace krystalů) pouze jeden, ten jednodušší na implementaci, a provede sérii výpočtů, které naznačí, jak tento mechanismus ovlivňuje přenos tepla v ledové slupce různé tloušťky.

Seznam odborné literatury

Goldsby, D.L. a Kohlstedt, D.L.: Superplastic deformation of ice: experimental observations, J. Geophys. Res. 106, 11017-11030, 2001.
Blankenbach, B. et al.: A benchmark comparison for mantle convection codes, Geophys. J. Int., 98, 23-38, 1989.
Časopisecká literatura dle doporučení školitele