Dynamics of Magma Mixing in Partially Crystallized Magma Chambers: Textural and Petrological Constraints from the Basal Complex of the Austurhorn Intrusion (SE Iceland)

The Tertiary Austurhorn intrusive complex in SE Iceland represents an exhumed magma chamber that has recorded an extensive history of magma mixing and mingling. The basal part of the intrusion consists predominantly of granophyres that have been intensively and repeatedly intruded by more mafic magma. This association of granophyres, basic and hybrid rocks at Austurhorn is referred to in the literature as a ‘net-veined' complex, but field relations suggest a much more complex emplacement history. Here we present petrological and physical constraints on the various processes that resulted in magma mixing and mingling and the formation of different generations of hybrid rocks at Austurhorn. The complexity of the mixing and mingling processes increases towards the inferred centre of the intrusion, where chaotic hybrid rocks dominate the exposed lithology. Complex cross-cutting relations between different hybrid generations strongly suggest multiple magma injection and reheating events in the basal part of the shallow magma chamber. Model calculations employing distribution coefficients based on rare earth element concentrations reveal that early stage hybrid magma generations formed by pure endmember mixing between felsic and mafic magma with about 10% mafic fraction in the hybrids. With repeated injections of mafic magma into the base of the magma chamber, the intruding magma interacted to a greater extent with pre-existing hybrids. This led to the formation of hybrid magma compositions that are shifted towards the mafic endmember over time, with up to 30% of the mafic fraction in the hybrids. These mixing processes are recorded in the zonation patterns of clinopyroxene and plagioclase phenocrysts; the latter have been divided into four main groups by cross-correlation analysis. Melt viscosity calculations were performed to constrain the possible conditions of magma mixing and the results indicate that the interaction of the contrasting magmas most probably occurred at temperatures of approximately 1000°C up to 1120°C. This suggests that the initiation of effective magma mixing requires local superheating of the felsic magmas, thereby confining the process to areas of localized, substantial mafic magma injectio

On "the complete basis set limit" and plane-wave methods in first-principles simulations of water

Water structure, measured by the height of the first peak in oxygen-oxygen radial distributions, is converged with respect to plane-wave basis energy cutoffs for ab initio molecular dynamics simulations, confirming the reliability of plane-wave methods.Comment: 9 pages, 3 figure

Higher order finite difference schemes for the magnetic induction equations

We describe high order accurate and stable finite difference schemes for the initial-boundary value problem associated with the magnetic induction equations. These equations model the evolution of a magnetic field due to a given velocity field. The finite difference schemes are based on Summation by Parts (SBP) operators for spatial derivatives and a Simultaneous Approximation Term (SAT) technique for imposing boundary conditions. We present various numerical experiments that demonstrate both the stability as well as high order of accuracy of the schemes.Comment: 20 page

Boundary Effects on Spectral Properties of Interacting Electrons in One Dimension

The single electron Green's function of the one-dimensional Tomonaga-Luttinger model in the presence of open boundaries is calculated with bosonization methods. We show that the critical exponents of the local spectral density and of the momentum distribution change in the presence of a boundary. The well understood universal bulk behavior always crosses over to a boundary dominated regime for small energies or small momenta. We show this crossover explicitly for the large-U Hubbard model in the low-temperature limit. Consequences for photoemission experiments are discussed.Comment: revised and reformatted paper to appear in Phys. Rev. Lett. (Feb. 1996). 5 pages (revtex) and 3 embedded figures (macro included). A complete postscript file is available from http://FY.CHALMERS.SE/~eggert/luttinger.ps or by request from [email protected]

New, efficient, and accurate high order derivative and dissipation operators satisfying summation by parts, and applications in three-dimensional multi-block evolutions

We construct new, efficient, and accurate high-order finite differencing operators which satisfy summation by parts. Since these operators are not uniquely defined, we consider several optimization criteria: minimizing the bandwidth, the truncation error on the boundary points, the spectral radius, or a combination of these. We examine in detail a set of operators that are up to tenth order accurate in the interior, and we surprisingly find that a combination of these optimizations can improve the operators' spectral radius and accuracy by orders of magnitude in certain cases. We also construct high-order dissipation operators that are compatible with these new finite difference operators and which are semi-definite with respect to the appropriate summation by parts scalar product. We test the stability and accuracy of these new difference and dissipation operators by evolving a three-dimensional scalar wave equation on a spherical domain consisting of seven blocks, each discretized with a structured grid, and connected through penalty boundary conditions.Comment: 16 pages, 9 figures. The files with the coefficients for the derivative and dissipation operators can be accessed by downloading the source code for the document. The files are located in the "coeffs" subdirector

Would You Choose to be Happy? Tradeoffs Between Happiness and the Other Dimensions of Life in a Large Population Survey

A large literature documents the correlates and causes of subjective well-being, or happiness. But few studies have investigated whether people choose happiness. Is happiness all that people want from life, or are they willing to sacrifice it for other attributes, such as income and health? Tackling this question has largely been the preserve of philosophers. In this article, we find out just how much happiness matters to ordinary citizens. Our sample consists of nearly 13,000 members of the UK and US general populations. We ask them to choose between, and make judgments over, lives that are high (or low) in different types of happiness and low (or high) in income, physical health, family, career success, or education. We find that people by and large choose the life that is highest in happiness but health is by far the most important other concern, with considerable numbers of people choosing to be healthy rather than happy. We discuss some possible reasons for this preference

Hållbart växtskydd. Analys av olika strategier för att minska riskerna med kemiska växtskyddsmedel

Risker som är förknippade med kemiska växtskyddsmedel kan sammanfattas i fem områden: risker för användare, risker för rester i livsmedel samt i yt- och grundvatten och risker för natursystemet (t.ex. förlorad biodiversitet). De viktigaste fördelarna med växtskyddsmedel är att de bidrar till skördeökningar och att de förbättrar möjligheten till stabila skördenivåer, oavsett årsmån. Det finns olika strategier för att hantera växtskyddet i dagens jordbruk och beroende på vilken strategi som väljs förändras riskerna som är förknippade med användningen av växtskyddsmedel. Syftet med MAT 21-projektet Hållbart Växtskydd har varit att analysera den miljömässiga hållbarheten i olika växtskyddsstrategier med hjälp av konkreta exempel. Ambitionen är att ge vägledning om genomförandet av politiska miljömål, tolkning av miljöanalyser och utveckling av kvalitets- och miljöledningssystem i livsmedelsföretag. I projektet har en varierad växtföljd setts som en viktig förebyggande åtgärd för att minska riskerna med växtskyddsmedel. En diversifierad växtföljd bidrar till att reducera vissa typer av ogräs och till att minska trycket av många svampsjukdomar. Mekanisk ogräsreglering ger tillsammans med förebyggande åtgärder möjligheter att minska användningen av växtskyddsmedel. Exempel på tekniska lösningar som kan minska riskerna är bandsprutning i kombination med radrensning eller ny bredsprutningsteknik med lufttillsats vilket reducerar vindavdriften vid en applikation med växtskyddsmedel. För att analysera riskerna som är förknippade med växtskyddsmedel användes modellen PRI-Farm som är en riskindikatormodell utvecklad av Kemikalieinspektionen. I modellen poängsätts faktorer för fara och exponering vid applikation av växtskyddsmedel. Farofaktorerna utrycker belastningen av de inneboende egenskaperna hos preparatens aktiva substans som persistens, bioackumulering och rörlighet. Exponeringsfaktorerna beaktar applikationsmetod, använd dos, markegenskaper och spruttidpunkt. Resultaten vägs samman i en poängsumma (ett miljöriskindex), där risk för transport till yt- och grundvatten väger tungt. Även ett hälsoriskindex kan beräknas, vilket inte gjorts i denna studie. Modellen kan inte användas för att kvantifiera risker utan är i stället ett verktyg för att kunna göra jämförande bedömningar mellan olika strategier för växtskyddsinsatser, identifiera problemanvändningar eller för att visa på risktrender över tiden. För att analysera andra miljöeffekter (t.ex. klimatpåverkan och energianvändning) användes metodiken för livscykelanalys (LCA). Detta är en metod som används för att göra miljöbedömningar av produkter och tjänster. Man genomför beräkningar för produktens potentiella bidrag till olika miljöeffekter, såsom växthuseffekt och försurning, och man summerar även den förbrukning av viktiga resurser som produkten givit upphov till. Tanken är att dessa beräkningar skall kunna ge information som kan leda till att man kan minska miljöpåverkan från en viss produkt på ett effektivt sätt. Resultaten kan också ge vägledning vid val mellan produkter som är likvärdiga i övrigt. I fallstudien av den allsidiga växtodlingsgården jämfördes också nuläget med ett scenario där gården lades om till ekologisk produktion. I detta alternativ användes inga kemiska växtskyddsmedel. Omläggningen till ekologisk produktion påverkade även andra miljöeffekter, förutom riskerna med växtskyddsmedel. En negativ effekt av det ekologiska scenariot var att grödan kepalök fick utgå p.g.a. att risken bedömdes som för stor för ett stort skördebortfall utan tillgång på fungicider. På grund av en lägre skördenivå i ekologisk produktion behövdes en betydligt större yta för att producera en given mängd livsmedel. I en ekonomisk analys jämfördes nuläget på den allsidiga växtodlingsgården med ett ekologiskt scenario. Resultatet var likvärdigt för de två alternativen. För att ekologisk odling skall vara en ekonomiskt lyckad satsning på gårdar i intensiva slättbygder med odling av specialgrödor är det, med dagens nivå på miljöstödet för ekologisk produktion, helt nödvändigt att det finns ett bra merpris för produkterna. I en fallstudie av en allsidig växtodlingsgård jämfördes nuläget med ett scenario där olika strategier testades som minskade riskerna med växtskyddsmedel utan att skördenivån ändrades nämnvärt. Detta scenario (kallat Bästa Möjliga Teknik) innebar användning av mekanisk och/eller termisk behandling som alternativ till konventionell bekämpning i vissa grödor samt medvetna val av växtskyddsmedel som hade mindre dåliga miljöegenskaper. Fallstudien visade på flera olika möjligheter till att reducera riskerna i konventionell drift. Eftersom gården i studien hade många radodlade specialgrödor bedömdes bandsprutning kombinerat med radrensning vara en intressant förbättring. Att väsentligt reducera användningen av fungicider i potatis och lök utan att äventyra skördenivån bedömdes som mycket svårt i konventionell drift, även med bästa odlingsteknik. I fallstudien av den allsidiga växtodlingsgården jämfördes också nuläget med ett scenario där gården lades om till ekologisk produktion. Detta alternativ minskar riskerna med växtskydds-medel radikalt men påverkar även andra miljöeffekter. För många grödor minskade energianvändning, liksom utsläpp av växthusgaser vid en övergång till ekologisk odling. En negativ effekt av det ekologiska scenariot var att grödan kepalök fick utgå p g a att risken bedömdes som för stor för ett betydande skördebortfall utan tillgång till fungicider. Ur miljö- och resurssynpunkt var den mest negativa effekten att det ekologiska scenariot krävde mycket större yta för att producera en given mängd livsmedel. I en ekonomisk analys jämfördes nuläget på den allsidiga växtodlingsgården med ett ekologiskt scenario. Resultatet var likvärdigt för de två alternativen. För att ekologisk odling skall vara en ekonomiskt lyckad satsning på gårdar i intensiva slättbygder är det helt nödvändigt att det finns ett bra merpris för produkterna. Studien visar att det finns flera olika strategier för att minska riskerna med användningen av växtskyddsmedel. En varierad växtföljd är en grundläggande förutsättning i alla odlingssystem och inom detta område finns det mycket gammal kunskap som behöver väckas till liv. Miljöanalyserna visar också att många tekniska lösningar, som leder till minskat behov av växtskyddsmedel, kan tillämpas utan att andra miljöeffekter påverkas nämnvärt. Att välja bort växtskyddsmedel som har mindre goda miljöeffekter är en strategi som förefaller ha stor potential för att minska riskerna. PRI-Farm kan bli ett viktigt beslutsstöd i lantbrukets arbete för bättre produktval och säkrare växtskydd. Ekologisk produktion har goda förutsättningar att bli en viktig strategi för minskade risker i de utökade vattenskyddsområden som kommunerna nyligen har beslutat om. För att denna strategi skall bli lyckosam krävs att marknaden fortsätter att öka för ekologiska produkter i Sverige, så att produkternas merpris tillsammans med samhällets stöd via miljöersättningsprogram fortsätter att betala merkostnaden för denna produktionsform

SURFATM-NH3: a model combining the surface energy balance and bi-directional exchanges of ammonia applied at the field scale

A new biophysical model SURFATM-NH3, simulating the ammonia (NH<sub>3</sub>) exchange between terrestrial ecosystems and the atmosphere is presented. SURFATM-NH3 consists of two coupled models: (i) an energy budget model and (ii) a pollutant exchange model, which distinguish the soil and plant exchange processes. The model describes the exchanges in terms of adsorption to leaf cuticles and bi-directional transport through leaf stomata and soil. The results of the model are compared with the flux measurements over grassland during the GRAMINAE Integrated Experiment at Braunschweig, Germany. The dataset of GRAMINAE allows the model to be tested in various meteorological and agronomic conditions: prior to cutting, after cutting and then after the application of mineral fertilizer. The whole comparison shows close agreement between model and measurements for energy budget and ammonia fluxes. The major controls on the ground and plant emission potential are the physicochemical parameters for liquid-gas exchanges which are integrated in the compensation points for live leaves, litter and the soil surface. Modelled fluxes are highly sensitive to soil and plant surface temperatures, highlighting the importance of accurate estimates of these terms. The model suggests that the net flux depends not only on the foliar (stomatal) compensation point but also that of leaf litter. SURFATM-NH3 represents a comprehensive approach to studying pollutant exchanges and its link with plant and soil functioning. It also provides a simplified generalised approach (SVAT model) applicable for atmospheric transport models

Diffusing-wave spectroscopy in a standard dynamic light scattering setup

Diffusing-wave spectroscopy (DWS) extends dynamic light scattering measurements to samples with strong multiple scattering. DWS treats the transport of photons through turbid samples as a diffusion process, thereby making it possible to extract the dynamics of scatterers from measured correlation functions. The analysis of DWS data requires knowledge of the path length distribution of photons traveling through the sample. While for flat sample cells this path length distribution can be readily calculated and expressed in analytical form; no such expression is available for cylindrical sample cells. DWS measurements have therefore typically relied on dedicated setups that use flat sample cells. Here we show how DWS measurements, in particular DWS-based microrheology measurements, can be performed in standard dynamic light scattering setups that use cylindrical sample cells. To do so we perform simple random-walk simulations that yield numerical predictions of the path length distribution as a function of both the transport mean free path and the detection angle. This information is used in experiments to extract the mean-square displacement of tracer particles in the material, as well as the corresponding frequency-dependent viscoelastic response. An important advantage of our approach is that by performing measurements at different detection angles, the average path length through the sample can be varied. For measurements performed on a single sample cell, this gives access to a wider range of length and time scales than obtained in a conventional DWS setup. Such angle-dependent measurements also offer an important consistency check, as for all detection angles the DWS analysis should yield the same tracer dynamics, even though the respective path length distributions are very different. We validate our approach by performing measurements both on aqueous suspensions of tracer particles and on solidlike gelatin samples, for which we find our DWS-based microrheology data to be in good agreement with rheological measurements performed on the same samples