On the formation of cyclones and anticyclones in a rotating fluid

It is commonly observed that the columnar vortices that dominate the large scales in homogeneous, rapidly rotating turbulence are predominantly cyclonic. This has prompted us to ask how this asymmetry arises. To provide a partial answer to this we look at the process of columnar vortex formation in a rotating fluid and, in particular, we examine how a localized region of swirl (an eddy) can convert itself into a columnar structure by inertial wave propagation. We show that, when the Rossby number (Ro) is small, the vortices evolve into columnar eddies through the radiation of linear inertial waves. When the Rossby number is large, on the other hand, no such column is formed. Rather, the eddy bursts radially outward under the action of the centrifugal force. There is no asymmetry between cyclonic and anticyclonic eddies for these two regimes. However, cyclones and anticyclones behave differently in the intermediate regime of Ro~1. Here we find that the transition from columnar vortex formation to radial bursting occurs at lower values of Ro for anticyclones, with the transition for anticyclones occurring at Ro~0.5, and that for cyclones at Ro~2. Thus, in a homogeneous turbulence experiment conducted at, say, Ro=1, we would expect to see more cyclones than anticyclones. The reason for this asymmetry at Ro~1 is explained

Le modèle de turbulence homogène et son utilité pour la compréhension du phénomène turbulent

L'intérêt essentiel du modèle de turbulence homogène est de permettre l'isolation de certains mécanismes typiques d'interaction entre champs moyens et fluctuants et de fournir un cadre de description permettant l'analyse de Fourier. Ce modèle que l'on sait très bien approcher expérimentalement est la base des développements théoriques les plus élaborés concernant les écoulements turbulents. Il a permis, à l'aide d'expériences de laboratoire ou de simulations numériques directes, l'étude et la modélisation des transferts des grosses vers les petites échelles ainsi que de l'action, sur le mouvement fluctuant, de divers champs moyens à gradient constant dont la distorsion pure, le cisaillement et plus récemment la rotation de solide

Commentaires sur certains résultats expérimentaux de mélanges en flux turbulents

Le but de cet article est de discuter quelques expériences de base concernant le mélange dans les écoulements turbulents qui sont susceptibles de fournir des éléments de compréhension concernant les principaux mécanismes gouvernant les processus de mélange turbulent. La littérature ne fournit en fait qu'un petit nombre de telles situations physiques fondamentales, en partant des plus simples qui concernent le mélange dans des situations statistiquement homogènes et isotropes, pour aller vers des situations complexes comme les couches de mélange qui, au contraire, sont inhomogènes et anisotropes. Ces résultats expérimentaux permettent de dresser un certain nombre de conclusions concernant des mécanismes moyens clés, comme le transfert des grandes vers les petites échelles du champ de concentration, et sur quelques lois d'échelles que l'on peut déduire de leur compréhension. Néanmoins, le problème de la topologie des plus fines échelles du champ de concentration reste ouvert, et particulièrement dans les liquides où le nombre de Schmidt est élevé et, en conséquence, où ces échelles sont d'autant plus faibles. Seuls quelques travaux récents utilisant les techniques d'analyse d'images donnent des réponses à cette question importante pour la modélisation du processus de diffusion moléculaire. Les différents résultats des théories de la turbulence nécessaires à la discussion sont rappelés sans démonstration mais en insistant sur le sens physique des relations qui les traduisent

Influence of subsurface biosphere on geochemical fluxes from diffuse hydrothermal fluids

Hydrothermal vents along mid-ocean systems host unique, highly productive biological communities, based on microbial chemoautotrophy, that thrive on the sulphur, metals, nitrogen and carbon emitted from the vents into the deep ocean. Geochemical studies of vents have centred on analyses of high-temperature, focused hydrothermal vents, which exhibit very high flow rates and are generally considered too hot for microbial life. Geochemical fluxes and metabolic activity associated with habitable, lower temperature diffuse fluids remain poorly constrained. As a result, little is known about the extent to which microbial communities, particularly in the subsurface, influence geochemical flux from more diffuse flows. Here, we estimate the net flux of methane, carbon dioxide and hydrogen from diffuse and focused hydrothermal vents along the Juan de Fuca ridge, using an in situ mass spectrometer and flowmeter. We show that geochemical flux from diffuse vents can equal or exceed that emanating from hot, focused vents. Notably, hydrogen concentrations in fluids emerging from diffuse vents are 50% to 80% lower than predicted. We attribute the loss of hydrogen in diffuse vent fluids to microbial consumption in the subsurface, and suggest that subsurface microbial communities can significantly influence hydrothermal geochemical fluxes to the deep ocean.Organismic and Evolutionary Biolog