マントル対流の2次元シミュレーション

レイリー数（Ra）の違いの影響

Ra = 105
レイリー数が105程度までは定常的な（時間に依存しない）対流になる。


Ra = 106
レイリー数が105程度を超えると非定常的な（時間に依存する）対流になる。


Ra = 107
実際の地球のマントルのレイリー数と同程度。


Ra = 108
実際の地球のマントルのレイリー数より数倍大きい。

加熱モードの違いの影響
（H：内部発熱の無次元量）

Ra = 107、H = 15、下面からの加熱あり
内部発熱を考慮するとさらに非定常性が大きくなる。


Ra = 107、H = 30、下面からの加熱あり
内部発熱量が大きいほどマントルの平均温度が上がる。


Ra = 107、H = 30、下面からの加熱なし
下面からの上昇プルームが見られなくなり、対流は主に下降プルームにより駆動される。

粘性率の温度依存性の影響（E：温度依存性の程度）

Ra = 107、E = 3
マントルの粘性率の温度依存性を考慮すると地表面付近の低温の熱境界層の粘性率が高くなり、速度が小さくなる。


Ra = 107、E = 7
粘性率の温度依存性の程度をさらに大きくすると、低温の熱境界層はほとんど動かなくなり、マントル内部の平均温度も高くなる。


Ra = 107、E = 3、H = 30
内部加熱を考慮すると、マントル内部の平均温度がかなり高くなる。

上部・下部マントル境界での粘性率増加の影響
（ηlm：上部マントルに対する下部マントルの粘性率比）

Ra = 2×108、E = 3、ηlm = 50
上部マントルからの下降プルームの運動が上部・下部マントルの境界でわずかではあるが一時的に妨げられる。


Ra = 2×108、E = 3、H = 30、ηlm = 50
内部加熱を考慮すると、マントル内部の平均温度がかなり高くなり、非定常性も大きくなる。

410 kmと660 km鉱物相変化の影響
（410 kmでの密度増加：107 kg/m3、660 kmでの密度増加：234 kg/m3）

410 km相変化の影響（クラペイロン勾配：3.5 MPa/K）


660 km相変化の影響（クラペイロン勾配：－2.0 MPa/K）


660 km相変化の影響（クラペイロン勾配：－3.0 MPa/K）
クラペイロン勾配の絶対値が大きくなるほど、上部・下部マントル境界での対流運動が妨げられる。


410 km相変化（クラペイロン勾配：3.5 MPa/K）と660 km相変化（クラペイロン勾配：－3.0 MPa/K）の影響
410 km相変化は対流運動を促進させるが、660 km相変化の対流運動の阻害と比べれば、その影響は小さい。


660 km相変化（クラペイロン勾配：－3.0 MPa/K）に粘性率の温度依存性の効果（E = 3）を考慮した場合