Jökull


Jökull - 01.12.1973, Blaðsíða 21

Jökull - 01.12.1973, Blaðsíða 21
A One Dimensionaí Convection Model: Application to an Internally Heated Two-phase Mantle ROBERT P. LOWELL1 AHD GUNNAR BÖÐVARSSON SCHOOL OF OCEANOGRAPHY OREGON STATE UNIVERSITY, CORVALLIS, OREGON 97331 abstract We simplify the well known Rayleigh con- vection model by neglecting horizontal heat conduction, using an average flow velocity, and assuming the cell size on physical grounds. For a homogeneous Newtonian fluid layer, the result- lng one dimensional ‘strip-model’ yields results similar to those obtained by the classical linear- iiation method. Ry applying the strip model in the case of an internally heated fluid with two phases, we obtain a new critical Rayleigh number which ls a function of the transition parameters, the physical properties of the fluid, and the depth °f the fluid layer. We treat both normal and abnormal transitions, that is transitions with either a positive or negative slope Clapeyron curves respectively. For the olivine-spinel and spinel-oxides transitions which are thought to occur in the upper mantle, the new critical number deviates little from the critical number for a homogeneous fluid. Hence the known phase transitions appear to be of minor import- ance with regard to the existence of mantle convection. The one dimensional model can also be ap- plied in the study of convection phenomena tnvolving other complex geophysical systems. INTRODUCTION Although the plate tectonics model of litho- spheric motion is now a widely accepted theory, little is known about the physical causes o£ 1) Now at School of Geophysical Sciences, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia 30332. this global phenomenon. The available observa- tional data provide only a kinematic, empirical description of the surface motion and yield few clues as to the driving mechanism involved. Thermal convection in the mantle has general- ly been invoked as the underlying cause (Hess, 1962; Runcorn, 1962, 1969), but there is no agreement as to details of the convection system. The simple Rayleigh model o£ cellular convection in a homogeneous, incompressible Newtonian fluid layer heated from below has frequently provided a convenient basis for dis- cussions of mantle convection. This model is clearly an oversimplification, since the mantle cannot be described by a homogeneous New- tonian fluid. Recently, other more realistic variants of the Rayleigh model have been sug- gested (Allan, et al., 1967; Tozer, 1965; Els- asser, 1969; Turcotte and Oxburgh, 1967; Kno- poff, 1970; and Morgan, 1971). The results obtained to date indicate that thermal convec- tion is a possible driving mechanism. However, a number of difficulties still have to be over- come before the thermal convection theory can be accepted as the final solution of the plate motion problem. The most serious physical problems stem from (1) lack of reliable data on the thermal properties of the mantle materi- al, particúlarly the radiative component of the thermal conductivity; (2) considerable uncer- tainty as to the rheological properties; and (3) complications due to internal heating and in- homogeneities within the mantle. Of particular interest are the results of recent seismic in- vestigations (Johnson, 1967; Archambeau et al., 1969) which have indicated discontinuities in the mantle at the depth of approximately 400 JÖKULL 23. ÁR 19
Blaðsíða 1
Blaðsíða 2
Blaðsíða 3
Blaðsíða 4
Blaðsíða 5
Blaðsíða 6
Blaðsíða 7
Blaðsíða 8
Blaðsíða 9
Blaðsíða 10
Blaðsíða 11
Blaðsíða 12
Blaðsíða 13
Blaðsíða 14
Blaðsíða 15
Blaðsíða 16
Blaðsíða 17
Blaðsíða 18
Blaðsíða 19
Blaðsíða 20
Blaðsíða 21
Blaðsíða 22
Blaðsíða 23
Blaðsíða 24
Blaðsíða 25
Blaðsíða 26
Blaðsíða 27
Blaðsíða 28
Blaðsíða 29
Blaðsíða 30
Blaðsíða 31
Blaðsíða 32
Blaðsíða 33
Blaðsíða 34
Blaðsíða 35
Blaðsíða 36
Blaðsíða 37
Blaðsíða 38
Blaðsíða 39
Blaðsíða 40
Blaðsíða 41
Blaðsíða 42
Blaðsíða 43
Blaðsíða 44
Blaðsíða 45
Blaðsíða 46
Blaðsíða 47
Blaðsíða 48
Blaðsíða 49
Blaðsíða 50
Blaðsíða 51
Blaðsíða 52
Blaðsíða 53
Blaðsíða 54
Blaðsíða 55
Blaðsíða 56
Blaðsíða 57
Blaðsíða 58
Blaðsíða 59
Blaðsíða 60
Blaðsíða 61
Blaðsíða 62
Blaðsíða 63
Blaðsíða 64
Blaðsíða 65
Blaðsíða 66
Blaðsíða 67
Blaðsíða 68
Blaðsíða 69
Blaðsíða 70
Blaðsíða 71
Blaðsíða 72
Blaðsíða 73
Blaðsíða 74
Blaðsíða 75
Blaðsíða 76
Blaðsíða 77
Blaðsíða 78
Blaðsíða 79
Blaðsíða 80
Blaðsíða 81
Blaðsíða 82
Blaðsíða 83
Blaðsíða 84
Blaðsíða 85
Blaðsíða 86
Blaðsíða 87
Blaðsíða 88
Blaðsíða 89
Blaðsíða 90
Blaðsíða 91
Blaðsíða 92
Blaðsíða 93
Blaðsíða 94
Blaðsíða 95
Blaðsíða 96
Blaðsíða 97
Blaðsíða 98
Blaðsíða 99
Blaðsíða 100
Blaðsíða 101
Blaðsíða 102
Blaðsíða 103
Blaðsíða 104
Blaðsíða 105
Blaðsíða 106
Blaðsíða 107
Blaðsíða 108
Blaðsíða 109
Blaðsíða 110
Blaðsíða 111
Blaðsíða 112
Blaðsíða 113
Blaðsíða 114
Blaðsíða 115
Blaðsíða 116
Blaðsíða 117
Blaðsíða 118
Blaðsíða 119
Blaðsíða 120
Blaðsíða 121
Blaðsíða 122
Blaðsíða 123
Blaðsíða 124
Blaðsíða 125
Blaðsíða 126
Blaðsíða 127
Blaðsíða 128
Blaðsíða 129
Blaðsíða 130
Blaðsíða 131
Blaðsíða 132

x

Jökull

Beinir tenglar

Ef þú vilt tengja á þennan titil, vinsamlegast notaðu þessa tengla:

Tengja á þennan titil: Jökull
https://timarit.is/publication/1155

Tengja á þetta tölublað:

Tengja á þessa síðu:

Tengja á þessa grein:

Vinsamlegast ekki tengja beint á myndir eða PDF skjöl á Tímarit.is þar sem slíkar slóðir geta breyst án fyrirvara. Notið slóðirnar hér fyrir ofan til að tengja á vefinn.