エウロパのダイナミックな海：テイラーコラム、渦、対流、氷の融解、塩分
2020年6月3日に提出
木星の衛星であるエウロパの深海（約100 km）は、厚い（数十km）氷の殻で覆われており、太陽系で地球外生命体を見つける可能性が最も高い場所の1つです。それでも、その海洋ダイナミクスと氷床との相互作用は、これまでほとんど注目されていませんでした。以前の研究は、エウロパの海は乱流であるが、海の塩分の影響と海の温度に対する適切な境界条件を考慮することを無視されていることを示唆しました。ここでは、エウロパの海洋ダイナミクスを、非静水圧効果、完全なコリオリ力、一貫した上部と下部の加熱境界条件、および塩分の氷の融解と凍結の影響を含む全球海洋モデルを使用して調べます。密度は塩分の影響によって支配されていることがわかり、海は非常に弱く成層されています。海洋は、強い過渡垂直対流、渦、低緯度帯状噴流、およびエウロパの回転軸に平行なテイラーコラムを示します。赤道領域では、テイラーコラムは海底と交差せず、赤道に向かって伝播しませんが、赤道を離れると、テイラーコラムは静止します。子午線の海洋熱輸送は、氷の厚さがほぼ均一になるほど強く、将来のミッションで観測できると予想されています。
図1：2Dシミュレーション結果。 （a）温度（◦C）、（b）塩分（gr）の緯度深度プロットkg-1）、（c）密度（kg m−3）、（e）帯速度（cm s-1）、（g）回転軸に平行な速度、上（cm s-1）、および（h）回転軸に垂直な速度、上限（cm s-1）。
（d）回転軸上に平行な速度の球形表示（パネルgにも表示）、回転軸に平行なテイラーコラムを示しています。
（f）上部の帯速度と海の底（cm s−1）緯度の関数として。 パネルeの破線は、パネルgの破線は回転軸に平行な線を示していますが、等高線はゼロです。
図2：2Dシミュレーションにおけるテイラーカラムのダイナミクスと構造。 （a）距離
（km）ベースの回転軸からの距離（km）の関数としてのテイラー列間の
回転軸に平行な速度のスナップショットで、深さ21.8 kmで上昇し、氷海境界は深さ8.8 kmです。 完全な円は、数値的に推定された距離を表します
実線は関数近似を表していますが、テキストを参照してください。 （b）軸に平行な速度
回転角（cm s-1）27.8 kmの深さにおける緯度と時間（地球年）の関数として。 の図はテイラーコラムの赤道伝播を示しています。
破線は、年間0.18◦の伝播速度に対応します。 （c）bと同じ、安値の外側テイラー列が静的な緯度領域。
図3：3Dシミュレーションの結果。 （a）経度の関数としての海面水温（◦C）
高度の乱流を示す10×10度の領域の緯度。 （b）深さ-経度 赤道での海の上部と下部の近くの温度（◦C）セクション
そして上向きの対流プルーム。 赤道では、ローカルの垂直（深さ）方向は垂直です
したがって、パネルは対流が必ずしも
テイラーの列に沿って発生します。 帯状平均の緯度深度プロット（c）温度（◦C）、（d）
塩分（gr / kg）、（e）および帯状速度（cm s-1）。 （f）渦度（s−1）と速度場（震え）
回転流体速度を示す、経度と緯度の関数としての海面
テイラーのコラムの周り。
図4：南北海の熱輸送と氷の厚さへの影響 （a）海洋
この作業で2dおよび3d海洋シミュレーションを使用して計算された子午線熱輸送（厚い行）。 また、細い線で示されているのは、
ref.28、氷流モデルに結合、2つの海洋渦混合値、κ= 1、0.1 m2s−1。 の
ここで全海洋モデルシミュレーションを使用して推定された熱輸送は、
（b）に示すように、28までに海洋の熱輸送がほぼ均一な氷の厚さにつながることが判明し、
均一な氷の厚さの選択。 3Dモデルの海洋熱輸送は少なくとも2倍です
3Dシミュレーションでの強い渦熱輸送のため、2Dモデルよりも大きい。 熱
緯度が40°より大きい場合、3Dシミュレーションでの輸送が小さくなる。
2020年6月3日に提出
木星の衛星であるエウロパの深海（約100 km）は、厚い（数十km）氷の殻で覆われており、太陽系で地球外生命体を見つける可能性が最も高い場所の1つです。それでも、その海洋ダイナミクスと氷床との相互作用は、これまでほとんど注目されていませんでした。以前の研究は、エウロパの海は乱流であるが、海の塩分の影響と海の温度に対する適切な境界条件を考慮することを無視されていることを示唆しました。ここでは、エウロパの海洋ダイナミクスを、非静水圧効果、完全なコリオリ力、一貫した上部と下部の加熱境界条件、および塩分の氷の融解と凍結の影響を含む全球海洋モデルを使用して調べます。密度は塩分の影響によって支配されていることがわかり、海は非常に弱く成層されています。海洋は、強い過渡垂直対流、渦、低緯度帯状噴流、およびエウロパの回転軸に平行なテイラーコラムを示します。赤道領域では、テイラーコラムは海底と交差せず、赤道に向かって伝播しませんが、赤道を離れると、テイラーコラムは静止します。子午線の海洋熱輸送は、氷の厚さがほぼ均一になるほど強く、将来のミッションで観測できると予想されています。
図1：2Dシミュレーション結果。 （a）温度（◦C）、（b）塩分（gr）の緯度深度プロットkg-1）、（c）密度（kg m−3）、（e）帯速度（cm s-1）、（g）回転軸に平行な速度、上（cm s-1）、および（h）回転軸に垂直な速度、上限（cm s-1）。
（d）回転軸上に平行な速度の球形表示（パネルgにも表示）、回転軸に平行なテイラーコラムを示しています。
（f）上部の帯速度と海の底（cm s−1）緯度の関数として。 パネルeの破線は、パネルgの破線は回転軸に平行な線を示していますが、等高線はゼロです。
図2：2Dシミュレーションにおけるテイラーカラムのダイナミクスと構造。 （a）距離
（km）ベースの回転軸からの距離（km）の関数としてのテイラー列間の
回転軸に平行な速度のスナップショットで、深さ21.8 kmで上昇し、氷海境界は深さ8.8 kmです。 完全な円は、数値的に推定された距離を表します
実線は関数近似を表していますが、テキストを参照してください。 （b）軸に平行な速度
回転角（cm s-1）27.8 kmの深さにおける緯度と時間（地球年）の関数として。 の図はテイラーコラムの赤道伝播を示しています。
破線は、年間0.18◦の伝播速度に対応します。 （c）bと同じ、安値の外側テイラー列が静的な緯度領域。
図3：3Dシミュレーションの結果。 （a）経度の関数としての海面水温（◦C）
高度の乱流を示す10×10度の領域の緯度。 （b）深さ-経度 赤道での海の上部と下部の近くの温度（◦C）セクション
そして上向きの対流プルーム。 赤道では、ローカルの垂直（深さ）方向は垂直です
したがって、パネルは対流が必ずしも
テイラーの列に沿って発生します。 帯状平均の緯度深度プロット（c）温度（◦C）、（d）
塩分（gr / kg）、（e）および帯状速度（cm s-1）。 （f）渦度（s−1）と速度場（震え）
回転流体速度を示す、経度と緯度の関数としての海面
テイラーのコラムの周り。
図4：南北海の熱輸送と氷の厚さへの影響 （a）海洋
この作業で2dおよび3d海洋シミュレーションを使用して計算された子午線熱輸送（厚い行）。 また、細い線で示されているのは、
ref.28、氷流モデルに結合、2つの海洋渦混合値、κ= 1、0.1 m2s−1。 の
ここで全海洋モデルシミュレーションを使用して推定された熱輸送は、
（b）に示すように、28までに海洋の熱輸送がほぼ均一な氷の厚さにつながることが判明し、
均一な氷の厚さの選択。 3Dモデルの海洋熱輸送は少なくとも2倍です
3Dシミュレーションでの強い渦熱輸送のため、2Dモデルよりも大きい。 熱
緯度が40°より大きい場合、3Dシミュレーションでの輸送が小さくなる。
