Fluid instabilities in precessing ellipsoidal shells

Abstract

Die Präzession der Erdrotationsachse wurde erstmals 1949 von Bullard als mögliche Energiequelle für den Geodynamo in Erwägung gezogen. Allerdings stellt sich bis heute die Frage, ob die Präzession eine Strömung im Erdkern anfacht, die ein Magnetfeld erzeugen kann. Die laminare Strömung, die im Grenzfall kleiner Präzessionsraten auftritt, ist nahezu toroidal und unfähig, ein Magnetfeld aufrecht zu erhalten. Nur falls diese Strömung im Erdkern instabil ist, kann sie zum Dynamoeffekt oder zur Säkularvariation beitragen. In dieser Doktorarbeit werden numerische Simulationen vorgestellt, die instabile präzessionsgetriebene Strömungen untersuchen. Die beobachteten Instabilitäten können in zwei große Kategorien klassifiziert werden: Inertielle und viskose Instabilitäten, wobei inertielle Instabilitäten auch in einem Fluid mit verschwindender Viskosität auftreten können. Die viskosen Instabilitäten können entwerder in den Randschichten oder im Innern der Strömung entstehen. Die Struktur der instabilen Strömungen außerhalb der Grenzschichten ähnelt der Struktur konvektionsgetriebener Strömungen, von denen man weiß , daß sie Dynamos sind. Speziell die inertielle Instabilität kann zu Oszillationen führen, die, auf die Erde übertragen, eine Periode von 2000 Jahren oder länger haben. Den numerischen Ergebnissen zufolge bleibt die Erdpräzession ein möglicher Antrieb für den Geodynamo.