Geo-hidrodinamika: folyadékdinamikai jelenségek a Föld belsejében
Angol cím
Geo-hydrodynamics: fluid dynamical phenomena in the Earts`s interior
zsűri
Földtudományok 1
Kutatóhely
Geofizikai és Űrtudományi Tanszék (Eötvös Loránd Tudományegyetem)
résztvevők
Galsa Attila Lenkey László Mihálffy Péter Süle Bálint
projekt kezdete
2002-01-01
projekt vége
2005-12-31
aktuális összeg (MFt)
7.520
FTE (kutatóév egyenérték)
0.00
állapot
lezárult projekt
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
Projektünk célja a Föld belsejében zajló többféle áramlás közül két rendszer vizsgálata volt.
A köpenyben zajló termikus konvekció háromdimenziós numerikus modelleredményei feltárták, hogy a vizsgált paraméterek mindegyike befolyásolja a köpenyhőoszlopok számát. A hőoszlopok dimenziótlan területi sűrűsége 2-3 illetve 0,04-0,06 attól függően, hogy a feláramlás a köpeny-mag határról indul vagy a modell kétréteges, és a felsőköpeny hőoszlopok forrástartománya a 660 km-es fázishatár. Szuperkritikus Rayleigh-szám esetén, belső hőtermelés jelenlétében a területi sűrűség értéke ~1. Ezeket az eredményeket a hotspot-listákkal összevetve arra a következtetésre juthatunk, hogy az áramlási rendszer nem tökéletesen egyréteges, a hotspotok alatti feláramlások forrástartománya részben a köpeny–mag határ, részben azonban a 660 km mélységű termikus határréteg lehet. Porózus közegben történő vízáramlás modellezésével megállapítottuk, hogy nagy Rayleigh-szám és kis hidraulikus gradiens esetben poligonális konvekciós cellák alakulnak ki, míg kis Rayleigh-szám és nagy hidraulikus gradiens határesetben egyetlen cellában zajlik a konvekció. Különösen érdekes az eredmény az átmeneti értékeknél, amikor lejtőirányú vagy arra merőleges konvekciós hengercellák alakulnak ki. E „kombinált” áramlási képre a légköri áramlásoknál és Földköpeny konvekciós jelenségei között is találhatunk analógiákat. A felszínközeli térrészek vízáramlásának modellezésében esettanulmányokkal egészítettük ki vizsgálatainkat.
kutatási eredmények (angolul)
The main goal of our OTKA project was to investigate two types of convection in the Earth’s interior.
The 3D modeling of mantle convection showed that all the investigated model parameters (Rayleigh number, depth-dependent viscosity, heat production) affect the number of mantle plumes. The areal densities of plumes are 2-3 or 0.04-0.06 depending on the source area of upwelling plumes i.e. the mantle-core boundary or the phase boundary at depth of 660 km, respectively. In case of supercritical Rayleigh number the plume density is ~1. To compare these results with several hotspot lists we can conclude that the source area of mantle plumes are partly the mantle-core boundary and partly the thermal boundary layer at 660 km depth.
The numerical modeling of underground water flow in the porous-permeable layers of the crust showed that high Rayleigh number and low hydraulic gradient result in a number of polygon shape convection cells and low Rayleigh number and high hydraulic gradient result in one convective cell. In case of intermediate parameters cylindrical convection cells develop parallel or perpendicular to the slope. Similar circulations can be observed in the atmosphere and in the Earth’s mantle in certain conditions. The results of this modeling were used to interpret groundwater flow observations in the Pannonian basin.
Süle Bálint: The thermal structure, the topographic and the geoid anomalies of mantle plumes in three-dimensional programs, EGU General Assembly 2006.04.02-07., 2006
László Cserepes: The large-scale component of mantle convection, European Geophysical Society Conference, 2002
László Cserepes és David Yuem: Is the source of the Iceland plume located in the transition zone below the 660 km discontinuity?, European Geophys. Society Conference, 2002
Galsa, A. and L. Lenkey: Quantitative investigation of physical properties of mantle plumes in 3D numerical models, EGU06-A-03809, 2006
Galsa Attila: A forrópontok száma a földköpeny-konvekció két- és háromdimenziós numerikus modelljeiben (PhD értekezés), ELTE Geofizika Tanszék, 2003
Cserepes L. and Lenkey L.: Forms of hydrothermal and hydraulic flow in a homogeneous unconfined aquifer, Geophysical J. Int., 158: 785-797., 2004
Süle Bálint: The structure and the surface manifestation of mantle plumes in depth-dependent three-dimensinal models, Acta. Geod. Geoph. Hung., Vol. 40(1), pp. 69-104, 2005
Süle Bálint: The effect of temperature dependent viscosity on the structure and on the surface manifestation of mantle plumes in three dimensional models, Geodinamikai Szeminárium, Károly Egyetem geofizikai tanszéke, Prága 2004. május 12., 2004
Lenkey L., Hámori Z. and Mihálffy P.: Investigating the hydrogeology of a water supply area using direct current vertical electrical soundings, Geophysics, 70 (4): H11-H19., 2005
Galsa Attila: The number of hotspots in numerical models of mantle convection, 8th European Workshop on numerical modeling of mantle convection and lithosphere dynamics, 2003
Galsa, A. and L. Cserepes: The number of hotspots in three-dimensional numerical models of mantle convection, Acta Geod. Geoph. Hung., 2003
Cserepes L., Drahos D., Galsa, A., Lenkey L. és Salát P.: Regionális felszín alatti vízáramlási rendszerek kutatása laza üledéskes medenceterületeken komplex geofizikai módszerek felhasználásával, Magyar Geofizika, 2002
Salát P., Galsa, A., Cserepes L. és Drahos D.: Hazai törmelékes üledékes rétegsorok permeabilitás anizotrópiája, Magyar Geofizika, 2002
Süle Bálint: The structure and the surface manifestation of mantle plumes in depth-dependent thrre dimensional models, Acta. Geod. Geoph. Hung., Vol. 40(1), pp. 69-104, 2003
