重力流の侵入

重力流侵入という用語は、流体が主に水平方向に動きながら、通常は中性浮力面に沿って別の成層流体に侵入する流体力学現象を指します。この動作により、侵入は明確に定義された境界面によって制限されないため、重力流侵入と重力流の違いが区別されます。 ^[1]重力流と同様に、侵入流は重力場内で、通常はブシネスク近似が許されるほど小さい密度差によって駆動されます。

流体間の密度差が貫入運動を生み出す原因は、単に化学組成によるものである可能性があります。しかし、流体の温度、溶解物質の濃度、流れに浮遊する粒子状物質の違いによっても変動が生じる可能性があります。^[2] 粒子状浮遊物の貫入の例には、海洋内の堆積物を含んだ河川流出、下水沈殿槽の「短絡」貫入^[3]、および地中海の高塩分プール上の濁流があります。^[4]また、中性浮力面に沿った上昇気流またはプルームの横方向の広がりによって引き起こされる粒子状貫入の例もあります。たとえば、深海の熱水噴出孔から形成された金属を含む堆積物を含む貫入などです。^[5]または、火山のマグマ溜まり内のプルームによって形成された、同様に結晶を含んだ貫入。^[6]おそらくすべての重力貫入の中で最も印象的なのは、大規模な「プリニー式」火山噴火によって生成される大気重力流です。この場合、火山の張り出した「傘」は、成層した対流圏に横方向に侵入する侵入の一例となります。

単一の流体ホスト内を伝播する重力流の解析研究は、1980年にHoylerとHuppertによって、急激に成層化した流体内の貫入を考慮するように拡大されました。^[7]それ以来、Bonnecazeら(1993、1995、1996)、Rimoldiら(1996)、Rooijら(1999)などの研究者によって、特に粒子を含んだ貫入を理解するための分析と実験のさらなる重要な進歩がありました。2012年の時点で、古典的に広がる貫入の伝播速度を決定するように設計された最新の厳密な解析分析は、FlynnとLindenによって実行されました。^[8]貫入の実際の実験では、通常、ロック交換を使用して貫入ダイナミクスを研究してきました。

重力貫入の基本構造は、ほぼ楕円形の「頭部」とそれに続く流れの長さが長くなるにつれて伸びる尾部を持つ典型的な流れに近似しており、周囲の流体との混合の大部分は、貫入頭部の後半部分で起こる。^[9]重力流と同様に、貫入は伝播中に重力流と同じ「沈下」、「自己相似」、「粘性」の段階を示す。^[3]