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Modellierung



Um Wärmekonvektion in terrestrischen Planeten zu verstehen, benutzen wir die numerische Modellierung. Wärmekonvektion lässt sich durch die Erhaltungsgleichungen für Energie, Impuls und Masse, Zustandsgleichung(en) und Anfangs- und Randbedingungen beschreiben. Indem Erhaltungsgleichungen für chemische Prozesse in das System integriert werden, kann das Zusammenspiel von Konvektion und Differentiation untersucht werden. Die Ergebnisse dieser Modelle hängen von vielen Parametern ab, welche nicht besonders gut bekannt sind. Ein erfolgreiches Modell sollte die Beobachtungen, die zum Beispiel durch eine Raumfahrtmission gemacht worden sind, reproduzieren.
Wir unterscheiden zwischen verschiedenen Arten von Modellen. Parametrisierte Modelle beschreiben den effektiven Wärmetransport durch ein Skalierungsgesetz. In diesem Fall wird nur ein globales Energie-Budget betrachtet, was wenig Rechenleistung erfordert. Es erlaubt die Untersuchung eines großen Parameterraums und ist hilfreich um einen globalen überblick zu bekommen.

2D-Simulation einer Konvektion im planetaren Mantle (1,2 MB)
Quelle: Dr. Klaus Gottschaldt
Wenn man an weiteren Details interessiert ist, zum Beispiel an der Konvektionsstruktur und dem Temperaturfeld, muss das gesamte System von Gleichungen gelöst werden. Normalerweise wird dies im zwei- oder dreidimensionalen mit kartesischer oder sphärischer Geometrie durchgeführt. Zweidimensionale kartesische Modelle verbrauchen weniger Rechenkapazität als andere, dafür sind sphärische 3D-Modelle realistischer. Die Wahl des Modells hängt von den spezifischen Problemen ab, die zu lösen sind. Die in unserer Gruppe durchgeführten Berechnungen werden an PCs, Cluster-Rechnern oder an einem der leistungsstärksten Supercomputer in Europa durchgeführt.

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