Comparison of spherical-shell and plane-layer mantle convection thermal structure in viscously stratified models with mixed-mode heating: implications for the incorporation of temperature-dependent parameters
Notice bibliographique
Résumé
Plane-layer geometry convection models remain a useful tool for investigating planetary mantle dynamics but yield significantly warmer geotherms than spherical-shell systems. Comparisons of uniform property plane-layer and spherical-shell models have provided insight into the role of geometry on temperature in convecting systems but the inclusion of first-order terrestrial characteristics is needed to quantitatively assess the influence of system geometry on more relevant mantle models. Here, we analyse the mean temperatures of over 160 spherical-shell and plane-layer convection models featuring a uniform upper-mantle viscosity and a lower mantle that increases in viscosity by a factor of 30 or 100. With the imposition of the stratified viscosity, an effective Rayleigh number, |$Ra_{\overline{\eta }}$|, is defined based on the average viscosity of the mantle. We derive equations for the relationship between the mean temperature, θ, |$Ra_{\overline{\eta }}$| and the non-dimensional internal heating rate, H, for both convection in a spherical shell with Earth-like mantle geometry and plane-layer solution domains. These equations predict the mean temperatures in the corresponding systems to an accuracy of a few percent or better. Our equations can be combined to derive the appropriate heating rate for a plane-layer convection model to emulate the temperatures in a mixed heating mode spherical-shell convection model with effective Rayleigh number comparable to the Earth's value, or greater. When comparing cases with the same internal heating rate and effective Rayleigh number, we find that the increased lower mantle viscosity amplifies the mean temperature ratio of the plane-layer and spherical-shell systems relative to isoviscous convection. These findings imply that the disagreement between spherical-shell mantle convection and plane-layer geometry mantle convection thermal structure must be particularly accounted for in plane-layer geometry models featuring variable viscosities.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».