Jökull


Jökull - 01.12.1973, Síða 22

Jökull - 01.12.1973, Síða 22
and 650 km. On the basis of high-pressure laboratory data, Anderson (1967) and Ring- wood and Major (1970) come to the conclusion tliat the upper discontinuity probably repres- ents a solid-solid phase transition in (MgFe)2- •SiOj from an olivine to a spinel structure. Moreover, Anderson (1967) suggests that the lower discontinuity may represent a collapse of the spinel structure to a phase composed of MgO, FeO, and SÍO2. The implications of these transitions cannot be ignored in any dis- cussion of mantle convection. It should be not- ed that whereas the olivine-spinel transition is a normal one with a positive slope Clapeyron curve, the lower transition is believed to be anormal with a negative Clapeyron curve. Phase transitions within the convecting fluid considerably complicate the mathematics of the Rayleigh convection model. Additional non- linear terms are introduced and the stability problem becomes more involved, in particular in the case of an internally heated fluid. Schu- bert et al. (1970), Schubert and Turcotte (1971), and Busse and Schubert (1971) have shown that an approximate solution to the stability pro- blem for a layer of a normal two-phase fluid, heated from below, can be obtained on the basis of the well-known method of lineariza- tion which has been applied in most problems involving Rayleigh convection. On the other hand, although a comprehensive discussion of the Rayleigh model involving a homogeneous internally heated fluid has been given by Roberts (1967), the case of the internally heat- ed two-phase fluid has not been treated in the literature. Moreover, the implications of anorm- al phase transitions have not been discussed. The purpose of the present paper is to dis- cuss the stability problem for layers of internally heated normal or anormal two-phase fluids on the basis of a much simplified physical model which furnishes useful results relevant to the mantle convection problem. This is achieved by the introduction of a one-dimensional ‘strip- model’ approximation for the convective flow. As a result of the mathematical simplifications obtained, this model can be applied to furnish useful stability criteria in many cases involving convective phenomena in complex geophysical systems where the classical Rayleigh method fails. In particular, it opens up the possibility 20 JÖKULL 23. ÁR of investigating cases involving non-homogene- ous, non-Newtonian fluids. Moreover, finite amplitude convective flows can be studied by similar methods. We will begin by pointing out the physical relationship between the ‘strip- model’ and the Rayleigh model by showing that the ‘strip-model’ method furnishes good results in two cases of Rayleigh convection which have been solved by the classical method. THE STRIP MODEL - DESCRIPTION AND BASIC EQUATIONS Since the strip model to be introduced below is a further simplification of the Rayleigh model, it is important to first point out the many physical approximations which the Ray- leigh model itself entails. Consider a horizontal layer of an incompressible Newtonian fluid of thickness h, zero surface temperature and a constant bottom temperature To- Let the z-axis be vertical, z be the unit vertical vector, and let /3 = To/h. The linearized perturbation equations of the Rayleigh model may be written (.Jeffreys, 1926, 1928): Vp' — vpV2 U + agpT'z = 0 (1) uz/3 = aV2T' (2) V- u = 0 (3) where p' and T' represent the perturbation pressure and temperature respectively. More- over p denotes the kinematic viscosity, p the density, a. the thermal expansivity, and a the thermal diffusivity. The perturbation velo- city is u = (ux, uy, uz), and the acceleration of gravity is g. The non-linear terms which are being neglected are the convective acceleration p(“ ‘ V/u (4) second order heat transport terms u • VT' (5) and the viscous dissipation of heat
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.