Jökull


Jökull - 01.12.1973, Síða 21

Jökull - 01.12.1973, Síða 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
Síða 1
Síða 2
Síða 3
Síða 4
Síða 5
Síða 6
Síða 7
Síða 8
Síða 9
Síða 10
Síða 11
Síða 12
Síða 13
Síða 14
Síða 15
Síða 16
Síða 17
Síða 18
Síða 19
Síða 20
Síða 21
Síða 22
Síða 23
Síða 24
Síða 25
Síða 26
Síða 27
Síða 28
Síða 29
Síða 30
Síða 31
Síða 32
Síða 33
Síða 34
Síða 35
Síða 36
Síða 37
Síða 38
Síða 39
Síða 40
Síða 41
Síða 42
Síða 43
Síða 44
Síða 45
Síða 46
Síða 47
Síða 48
Síða 49
Síða 50
Síða 51
Síða 52
Síða 53
Síða 54
Síða 55
Síða 56
Síða 57
Síða 58
Síða 59
Síða 60
Síða 61
Síða 62
Síða 63
Síða 64
Síða 65
Síða 66
Síða 67
Síða 68
Síða 69
Síða 70
Síða 71
Síða 72
Síða 73
Síða 74
Síða 75
Síða 76
Síða 77
Síða 78
Síða 79
Síða 80
Síða 81
Síða 82
Síða 83
Síða 84
Síða 85
Síða 86
Síða 87
Síða 88
Síða 89
Síða 90
Síða 91
Síða 92
Síða 93
Síða 94
Síða 95
Síða 96
Síða 97
Síða 98
Síða 99
Síða 100
Síða 101
Síða 102
Síða 103
Síða 104
Síða 105
Síða 106
Síða 107
Síða 108
Síða 109
Síða 110
Síða 111
Síða 112
Síða 113
Síða 114
Síða 115
Síða 116
Síða 117
Síða 118
Síða 119
Síða 120
Síða 121
Síða 122
Síða 123
Síða 124
Síða 125
Síða 126
Síða 127
Síða 128
Síða 129
Síða 130
Síða 131
Síða 132

x

Jökull

Beinleiðis leinki

Hvis du vil linke til denne avis/magasin, skal du bruge disse links:

Link til denne avis/magasin: Jökull
https://timarit.is/publication/1155

Link til dette eksemplar:

Link til denne side:

Link til denne artikel:

Venligst ikke link direkte til billeder eller PDfs på Timarit.is, da sådanne webadresser kan ændres uden advarsel. Brug venligst de angivne webadresser for at linke til sitet.