ELFT HÍRADÓ

[StatFizSzeminar <statfiz AT glu.elte.hu>]

                   #    #    #    #    #    #

                    ELTE TTK Fizikai Intézet
                STATISZTIKUS FIZIKAI SZEMINÁRIUM
                

                       2013. március 6.
                        szerda, 11 óra

         *Herein Mátyás*, Galsa Attila, Lenkey László

          ELTE TTK, Geofizikai és Űrtudományi Tanszék

         A köpenydinamika és a 660 km mélyen található 
               endoterm fázisátmenet kapcsolata
        

A földköpenyben 660 km-es mélységében elhelyezkedő endoterm 
ásványtani fázisátmenet évtizedek óta kiemelten vizsgált terület. 
Jelen tanulmányban numerikus modellezés segítségével vizsgáltuk a 
fázisátmenet termikus köpenykonvekcióra gyakorolt hatását. 
Különböző Rayleigh-számok ($Ra$) és fázisátment erősség ($\gamma$) 
mellett vizsgáltuk a kialakuló áramlást. 
Alapvető cél volt annak eldöntése, hogy a konvekció egy vagy két 
rétegben zajlik-e, illetve kialakul-e lavinajelenségekkel kísért 
átmeneti állapot, melynek során az egy- és kétréteges konvekció 
keveredik. A szisztematikus modellszámítások után alapvető 
eredmény, hogy a Rayleigh-szám nagymértékben befolyásolja az 
áramlást. 
Azonos erősségű fázisátmenet esetében a nagyobb Rayliegh-számok 
felé haladva az áramlás egyre jobban "érzi" a fázisátmenet 
hatását, egyre inkább a két rétegben zajló áramlási forma jelenik 
meg. Kiszámítottuk a fázishatáron átáramló köpenyanyag 
tömegfluxusát és vizsgáltuk a tömegfluxus idősorait. Ezen módszer 
segítségével egyértelműen megállapítható a földköpeny 
rétegzettségének mértéke, ami alapján három típus különíthető el. 
Az első az egyréteges konvekció esete, mely a fázisátmenet 
erősségétől ($\gamma$-tól) függetlenül 10^5-es $Ra$ alatt minden 
esetben kialakul. A második típus a kevert, átmenetileg rétegződő 
konvekció esete, mely jól lehatárolhatóan $Ra=5 \cdot 10^5$-től 
$\gamma = -3, -4.5, -6$ MPa/K feltételek mellett alakul ki. Ez az 
áramlási forma hirtelen meginduló nagy anyagmennyiséget szállító 
ún. köpenylavinákkal jár. A harmadik konvekciós típus a tisztán 
kétréteges áramlás, mely $\gamma = -9$ MPa/K-nél és 10^5-nél 
nagyobb Rayleigh-számoknál alakul ki. Ebben az esetben az alsó és a 
felső köpeny között nincs anyagtranszport. Részletesen a 
lavinajelenségeket mutató, második típusú konvekció dinamikáját 
vizsgáltuk. 12 modell esetében mutatható ki egyértelműen 
lavinatevékenység. A lavinák tömegfluxus-idősorainak amplitúdó 
spektrumát elemezve kirajzolódik egy hosszú időperiódus és egy 
dinamika ($Ra$) függő rövidebb periódus. A hosszú periódus 580 
millió évnek adódott mely igen jól összeegyeztethető a nagy 
köpenyátfordulások karakterisztikus idejével. A rövidebb periódusú 
lavinajelenség szisztematikus elemzésével létrejött kiemelendő 
eredmény, hogy a lavinák karakterisztikus ideje nem függ a 
fázisátmenet erősségétől, kizárólag csak a Rayleigh-számtól. A 
kapcsolat jól leírható hatványfüggvénnyel: nagyobb $Ra$ felé 
haladva a karakterisztikus idők csökkennek. Valós földköpeny-szerű 
esetet modellezve ($Ra \approx 10^7$) a lavinák kvázi-periodicitása 
(80-150 millió év) jól összeegyeztethető a geológiából ismert trapp 
(plató) bazaltok megjelenésével. 



     1117. Budapest, Pázmány P. sétány 1/A, Északi tömb 2.54
                honlap: http://glu.elte.hu/~statfiz

                   #    #    #    #    #    #