Jökull


Jökull - 01.12.1973, Blaðsíða 22

Jökull - 01.12.1973, Blaðsíða 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
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.