भूभौतिकीय द्रव गतिकी

भूभौतिकीय द्रव गतिकी, अपने व्यापक अर्थ में, पृथ्वी और अन्य ग्रहों पर स्वाभाविक रूप से होने वाले प्रवाह, जैसे कि लावा प्रवाह, महासागरों और ग्रहीय वायुमंडलों के द्रव गतिकी को संदर्भित करता है। भूभौतिकीय द्रव गतिकी में अध्ययन की जाने वाली कई घटनाओं के लिए दो भौतिक विशेषताएं सामान्य हैं, ग्रहों के घूर्णन और स्तरीकरण (जल) (परतन) के कारण घूर्णन संदर्भ फ्रेम हैं। भूभौतिकीय द्रव गतिकी के अनुप्रयोगों में सामान्यतः प्रावार (भूविज्ञान) का संचलन सम्मिलित नहीं होता है, जो भूगतिकी का विषय है, या चुंबकमंडल में द्रव घटना है।

मूलतत्व
भूभौतिकीय तरल पदार्थों के प्रवाह का वर्णन करने के लिए, संवेग संरक्षण (या न्यूटन का दूसरा नियम) और ऊर्जा के संरक्षण के लिए समीकरणों की आवश्यकता होती है। पूर्व नेवियर-स्टोक्स समीकरणों की ओर जाता है जिसे विश्लेषणात्मक रूप से (अभी तक) हल नहीं किया जा सकता है। इसलिए, इन समीकरणों को हल करने में सक्षम होने के लिए सामान्यतः और अनुमान लगाए जाते हैं। सबसे पहले, द्रव को असम्पीडित प्रवाह माना जाता है। उल्लेखनीय रूप से, यह अत्यधिक संपीड़ित तरल पदार्थ जैसे वायु के लिए भी ठीक रूप से काम करता है जब तक कि ध्वनि और प्रघात तरंगों को अनदेखा किया जा सकता है। दूसरा, द्रव को न्यूटनी तरल पदार्थ माना जाता है, जिसका अर्थ है कि अपरूपण प्रतिबल $&tau;$ और विरूपण (यांत्रिकी) $u$ के बीच एक रैखिक संबंध है, उदाहरण के लिए
 * $$ \tau = \mu \frac{d u}{d x},$$

जहां $&mu;$ श्यानता है। इन मान्यताओं के अंतर्गत नेवियर-स्टोक्स समीकरण

\overbrace{\rho \Big( \underbrace{\frac{\partial \mathbf{v}}{\partial t}}_{ \begin{smallmatrix} \text{Eulerian}\\  \text{acceleration} \end{smallmatrix}} + \underbrace{\mathbf{v} \cdot \nabla \mathbf{v}}_{ \begin{smallmatrix}  \text{Advection} \end{smallmatrix}}\Big)}^{\text{Inertia (per volume)}} = \overbrace{\underbrace{-\nabla p}_{ \begin{smallmatrix} \text{Pressure} \\ \text{gradient} \end{smallmatrix}} + \underbrace{\mu \nabla^2 \mathbf{v}}_{\text{Viscosity}}}^{\text{Divergence of stress}} + \underbrace{\mathbf{f}}_{ \begin{smallmatrix} \text{Other} \\ \text{body} \\ \text{forces} \end{smallmatrix}} $$ हैं। बाएं हाथ की ओर त्वरण का प्रतिनिधित्व करता है कि तरल पदार्थ का एक छोटा सा पार्सल एक संदर्भ फ्रेम में अनुभव करेगा जो पार्सल (प्रवाह क्षेत्र के लैग्रैंगियन और यूलेरियन विनिर्देश) के साथ चला गया। संदर्भ के एक स्थिर (यूलेरियन) फ्रेम में, इस त्वरण को वेग और संवहन के परिवर्तन की स्थानीय दर में विभाजित किया जाता है, जो एक छोटे से क्षेत्र में या बाहर प्रवाह की दर का एक उपाय है।

ऊर्जा संरक्षण के लिए समीकरण अनिवार्य रूप से ताप प्रवाह के लिए एक समीकरण है। यदि ऊष्मा प्रवाह द्वारा ऊष्मा का परिवहन किया जाता है, तो ऊष्मा प्रवाह एक प्रसार समीकरण द्वारा नियंत्रित होता है। यदि उत्प्लावकता प्रभाव भी हैं, उदाहरण के लिए तप्त वायु उठना, तो प्राकृतिक संवहन, जिसे मुक्त संवहन भी कहा जाता है, हो सकता है। पृथ्वी के बाह्य क्रोड़ में संवहन गतिक सिद्धांत को संचालित करता है जो पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र का स्रोत है।  समुद्र में, संवहन ऊष्मीय (ऊष्मा द्वारा संचालित), हैलाइन (जहां उत्प्लावन लवणता में अंतर के कारण होता है), या तापलवणीय परिसंचरण, दोनों का संयोजन हो सकता है।

उत्प्लावन और स्तरीकरण
द्रव जो अपने परिवेश की तुलना में कम घना होता है, तब तक उठने लगता है जब तक कि उसका घनत्व उसके परिवेश के समान न हो जाए। यदि प्रणाली में अधिक ऊर्जा निवेश नहीं है, तो यह स्तरीकरण (जल) बनने के लिए प्रवृत्त होगा। बड़े पैमाने पर, पृथ्वी का वातावरण परतों की एक श्रृंखला में विभाजित है। पृथ्वी तल से ऊपर की ओर जाने पर, ये क्षोभमंडल, समताप मंडल, मध्यमंडल, बाह्य वायुमंडल और बहिर्मंडल हैं। वायु का घनत्व मुख्य रूप से तापमान और जल वाष्प की मात्रा से, समुद्री जल का घनत्व तापमान और लवणता से और झील के जल का घनत्व तापमान से निर्धारित होता है। जहां स्तरीकरण होता है, वहां पतली परतें हो सकती हैं जिनमें निकट के द्रव की तुलना में ऊंचाई या गहराई के साथ तापमान या कुछ अन्य गुण अधिक तीव्रता से बदलते हैं। उत्प्लावन के मुख्य स्रोतों के आधार पर, इस परत को पिक्‍नोक्लाइन (घनत्व), तापप्रवणस्तर (तापमान), हैलोक्लाइन (लवणता), या केमोकलाइन (रसायन, ऑक्सीजन सहित) कहा जा सकता है।

स्तरीकरण को जन्म देने वाली वही उत्प्लावन गुरुत्वाकर्षण तरंगों को भी चलाती है। यदि गुरुत्वाकर्षण तरंगें द्रव के भीतर उत्पन्न होती हैं, तो उन्हें आंतरिक तरंगें कहा जाता है।

मॉडलिंग उत्प्लावन-चालित प्रवाह में, नेवियर-स्टोक्स समीकरणों को बोशीनेस्क सन्निकटन (उत्प्लावन) का उपयोग करके संशोधित किया जाता है। यह घनत्व में भिन्नता की उपेक्षा करता है, अतिरिक्त इसके कि वे गुरुत्वाकर्षण त्वरण $g$ से गुणा हो जाते हैं।

यदि दबाव मात्र घनत्व पर निर्भर करता है और इसके विपरीत, तरल गतिकी को दाबघनत्वीय तरल कहा जाता है। वातावरण में, यह कटिबंधों के जैसे शीर्षों की कमी से मेल खाता है। यदि शीर्ष हैं, तो प्रवाह दाब प्रवणिक है, और चक्रवात जैसी अस्थिरताएं हो सकती हैं।

घूर्णन

 * कॉरिओलिस प्रभाव
 * परिसंचरण (द्रव गतिकी)
 * केल्विन का परिसंचरण प्रमेय
 * भ्रमिलता समीकरण
 * ऊष्मीय पवन
 * भूविक्षेपी धारा
 * भूविक्षेपी वायु
 * टेलर-प्राउडमैन प्रमेय
 * द्रवस्थैतिक संतुलन
 * एकमैन सर्पिल
 * एकमन परत

सामान्य परिसंचरण

 * वायुमंडलीय परिसंचरण
 * महासागरीय धारा
 * महासागरीय गतिकी
 * थर्मोहैलाइन परिसंचरण
 * सीमांत धारा
 * स्वेरड्रप संतुलन
 * उपसतह धाराएँ

दाबघनत्वीय

 * केल्विन तरंग
 * रॉस्बी तरंग
 * स्वेरड्रुप तरंग (पॉइनकेयर तरंग)

दाब प्रवणिक

 * गुरुत्व तरंगें

यह भी देखें

 * भूभौतिकीय द्रव गतिकी प्रयोगशाला

बाहरी संबंध

 * Geophysical Fluid Dynamics Program (Woods Hole Oceanographic Institution)
 * Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (University of Washington)