Structure of the Earth - NGEO016

• Title: Stavba Země
• Guaranteed by: Department of Geophysics (32-KG)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2016
• Semester: winter
• E-Credits: 4
• Hours per week, examination: winter s.:3/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech, English
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: doc. RNDr. Ctirad Matyska, DrSc.
• Teacher(s): doc. RNDr. Ctirad Matyska, DrSc.
• Classification: Physics > Geophysics

Annotation

English

History of the global Earth models. Free oscillations of the Earth - theoretical introduction. PREM. Mineral physics under high pressures and temperatures. Seismic tomography - global models. Three-dimensional density anomalies and mantle convection.

Last update: T_KG (16.05.2001)

Czech

Historický vývoj modelů Země. Vlastní kmity Země - teoretický úvod. Model PREM. Minerálová fyzika za vysokých teplot a tlaků. Globální modely sestrojené pomocí seismické tomografie, třírozměrné modely hustotních anomálií a konvekce v plášti Země.

Last update: T_KG (16.05.2001)

Aim of the course

English

The lecture introduces into basic methodological approaches resulting in description of global physical properties of the Earth.

Last update: T_KG (26.03.2008)

Czech

Seznámení se základními metodologickými postupy a jejich výsledky, které vedou k popisu globálních fyzikálních vlastností Země.

Last update: T_KG (26.03.2008)

Course completion requirements

Zkouška je ústní, požadavky odpovídají sylabu v rozsahu prezentovaném na přednášce.

Last update: Matyska Ctirad, doc. RNDr., DrSc. (11.10.2017)

Literature

• M. Šolc, J. Zahradník, Astronomie, astrofyzika a geofyzika I: Země a sluneční msoustava, MFF UK, Praha 1985.

• G.F. Davies, Dynamic Earth, Cambridge University Press, Cambridge 1999.

• Š. Ochaba, Geofyzika, Slovenské pedagogické nakladatelstvo, Bratislava 1986.

• J.-P. Poirier, Introduction to the Physics of the Earth's Interior, Cambridge University Press, Cambridge 2000.

• D.E. James (ed.), Encyclopedia of Solid Earth Geophysics, Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1989.

• Z. Martinec, Free Oscillation of the Earth, Travaux Géophysiques No. 591.

Last update: Zakouřil Pavel, RNDr., Ph.D. (05.08.2002)

Teaching methods

English

Lecture

Last update: T_KG (11.04.2008)

Czech

Přednáška

Last update: T_KG (11.04.2008)

Syllabus

English

Models of the Earth's internal constitution - historical outline

18th-19th centuries - density models based on geodetic observations; seismology in the first half of the 20th century - wave phases, standard hodochrons, interfaces (CMB, Moho, inner core), Jeffreys-Bullen tables, 20°-discontinuity; Bullen's velocity and density models - Adams-Williamson's equation; continental drift and plate tectonics; computer era in seismology (surface waves, free oscillations, seismic tomography); mineral physics and geodynamical modelling.

Free oscillations of the Earth

Historical remarks; basic axioms in continuum mechanics, the Cauchy and the Piola-Kirchhoff stress tensors and momentum equations, boundary conditions; linearized theory - relation between the Cauchy and the Piola-Kirchhoff stress tensors in a prestressed body and the momentum equation for a general model of the Earth; SNREI - toroidal and spheroidal oscillations; mode splitting due to asphericities.

PREM

Data, anisotropy, resulting model.

Postglacial rebound

Timescales of slow processes in the Earth - comparison of momentum equations and rheological behaviour; viscoelasticity and the Laplace transform; Love numbers and normal modes; relaxation times of basic modes; viscosity profiles of the mantle.

Mineral physics

Mineralogical composition of the Earth's interior; Clapeyron's equation; shock waves experiments - Hugoniot's relations; characteristics of static experiments; phase transitions in the mantle in olivine and pyroxene-garnet groups and their relevance to 440km and 670km interfaces; state of the core - melting of iron.

Global seismic tomography

Kinematic tomography - linearization; "local" and "global" parametrizations by boxes and/or spherical harmonics; minimizations of the misfit functional - overdetermined and underdetermined problems; global results for the mantle, D" (CMB) and the core; fate of lithospheric slabs and the lower mantle superplumes.

Remarks on 3-D geodynamical modelling

Body forces - problems with the conversion of tomographic models into density anomalies; non-uniqueness and instability of the gravity inversion, couplings - lateral variations and nonlinearity of the rheology.

Literature:

• G.F. Davies, Dynamic Earth, Cambridge University Press, Cambridge 1999.

• J.-P. Poirier, Introduction to the Physics of the Earth's Interior, Cambridge University Press, Cambridge 2000.

• D.E. James (ed.), Encyclopedia of Solid Earth Geophysics, Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1989.

• Z. Martinec, Free Oscillation of the Earth, Travaux Géophysiques No. 591.

Last update: T_KG (07.05.2002)

Czech

Modely stavby Země - historický úvod

18. a 19. stol. - hustotní modely založené na geodetických pozorováních; seismologie v první polovině 20. stol. - rozhraní (jádro-plášť, Moho, vnitřní jádro), jednotlivé fáze, standardní hodochrony, Jeffreys-Bullenovy tabulky, 20°-diskontinuita; Bullenův model rychlostí a hustot - Adams-Williamsonova rovnice; kontinentální drift a desková tektonika; počítačová éra v seismologii (povrchové vlny, vlastní kmity, seismická tomografie); minerálová fyzika a geodynamické modelování.

Vlastní kmity Země

Historické poznámky; zakladní axiómy mechaniky kontinua, Cauchyho a Piola-Kirchhoffův tenzor napětí a pohybová rovnice, podmínky na rozhraních; linearizovaná teorie - vztah mezi Cauchyho and Piola-Kirchhoffovým tenzorem napětí v předpjatém tělese a pohybová rovnice obecného modelu Země; SNREI - toroidální a sferoidální kmity; štěpení kmitů díky odchylkám od sférické symetrie.

PREM

Data, anizotropie, výsledný model.

Postglaciální výzdvih

Časová měřítka pomalých procesů v Zemi - změny v reologickém popisu a v pohybové rovnici; viskoelasticita a Laplaceova transformace; Loveova čísla a normální módy; relaxační časy jednotlivých módů; průběh viskozity v zemském plášti.

Minerálová fyzika

Mineralogické složení nitra Země; Clapeyronova rovnice; experimenty s rázovými vlnami - Hugoniotovy vztahy; statické experimenty; fázové přechody v plášti v olivínu, pyroxenech a granátech a jejich vztah k rozhraní v hloubce 440 km a 670 km; tání železa v zemském jádře.

Globální seismická tomografie

Kinematická tomografie - linearizace; "lokální" a "globální" parametrizace; minimalizace funkcionálu chyb - přeurčené a podurčené úlohy; globální výsledky pro plášť, D" (CMB) a jádro; osud subdukované litosféry a superplumy ve spodním plášti.

Poznámky o třírozměrném geodynamickém modelování

Objemové síly - problém konverze tomografických modelů na anomálie hustot; nejednoznačnost a nestabilita inverzí gravitačního pole; vliv laterálních variací a nelinearit viskozity.

Last update: T_KG (07.05.2002)