Abstract

Numerical simulations with an anelastic, spherical, axisymmetric mantle convection model have been conducted to address the question of the radial mixing length in the general circulation of the mantle. Continuing debate centers on the question as to whether or not the 670 km seismic discontinuity (which we now understand to exist as a consequence of an endothermic phase change of mantle mineralogy from the spinel phase to a mixture of perovskite and periclase) in combination with the 400 km discontinuity (associated with the exothermic phase change from olivine to spinel) will impose a sufficient barrier to the circulation so as to induce layering. We argue herein that the mantle must currently be converting in a partially layered style but that the degree of layering is highly time dependent. Moreover, in the perhaps not too distant past the propensity to layering was greater, possibly to the extent that soon after planetary formation mantle mixing occurred in two distinct reservoirs. As the planet cooled and the Rayleigh number fell, we suggest that the circulation was transformed from the layered state to the partially layered state that obtains today.

Les simulations numériques utilisant un modèle de convection du manteau inélastique, sphérique et à symétrie axiale ont été effectuées dans le but de clarifier la question de la profondeur du mélange radial créé par la circulation générale dans le manteau. La question qui se trouve au centre du débat est à savoir si oui ou non la discontinuité sismique à 670 km (sachant maintenant qu'elle résulte d'un changement de phase endothermique de la minéralogie du manteau où la phase du spinelle est transformée en un mélange de pérovskite et de périclase), conjuguée avec la discontinuité à 400 km (associée au changement de phase exothermique de l'olivine en spinelle), impose à la circulation une barrière qui soit suffisamment grande pour induire une stratification. Nous plaidons ici l'hypothèse que dans le manteau il existe une convection de nature partiellement stratifiée, mais que le degré de stratification doit être fortement influencé par la durée. En outre, dans un passé peut-être peu éloigné, la propension au développement de la stratification était plus forte, et ce jusqu'à la possibilité que peu de temps après l'apparition du mélange mantellique d'origine planétaire, il s'est formé deux réservoirs distincts. Nous croyons qu'au fur et à mesure du refroidissement de la planète et de la diminution du nombre de Rayleigh, la circulation est passée d'un état stratifié à l'état partiellement stratifié qui existe actuellement. [Traduit par la rédaction]