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Enregistrement W4408483878 · doi:10.5194/egusphere-egu25-20653

The turbulence of solids: a multifractal plate tectonic model with Guttenberg-Richter plate “quakes” 

2025· preprint· en· W4408483878 sur OpenAlexaff
S. Lovejoy, Andrej Spiridonov, Lauras Balakauskas

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEconomics, Econometrics and Finance
ThématiqueComplex Systems and Time Series Analysis
Établissements canadiensMcGill University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésMultifractal systemTurbulenceGeologyPhysicsMathematicsMechanicsFractalMathematical analysis

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Over thirty years ago, Y. Kagan speculated that seismicity could fruitfully be considered as “the turbulence of solids”.  Indeed, fluid turbulence and seismicity have many common features: they are both highly nonlinear with huge numbers of degrees of freedom.  Beyond that, Kagan recognized that they are both riddled with scaling laws in space and in time as well as displaying power law extreme variability and – we could add – multifractal statistics.Kagan was referring to seismicity as usually conceived, as a sudden rupture process  occurring over very short time periods.  We argue that even at one million year time scales, that the movement of tectonic plates is “quake-like” and is quantitatively close to seismicity, in spite of being caused by relatively smooth mantle convection. To demonstrate this, we develop a multifractal model grounded in convection theory and the analysis of the GPlates data-base of 1000 point trajectories over the last 200 Myrs.  We analyzed the statistics of the dynamically important vector velocity differences where Dr is the great circle distance between two points and Dt is the corresponding time lag.  The longitudinal and transverse velocity components were analysed separately.  The longitudinal scaling of the mean longitudinal difference follows the scaling law ≈ ΔrH with empirical H close to the mantle convection theory value  H = 1.  This high value implies that  mean fluctuations vary smoothly with distance.  Yet at the same time,  the intermittency exponent C1 is extremely high (C1 ≈ 0.55) implying that from time to time there are enormous “jumps” in velocity: “Plate quakes”.  For comparison, laminar (nonturbulent) flow has H = 1 but is not intermittent (C1 = 0), whereas fully developed isotropic fluid turbulence has the (less smooth) value H = 1/3 (Kolmolgorov) but with non-negligible intermittency C1 ≈ 0.07 and seismicity has very large C1 ≈ 1.3.  Our study thus quantitatively shows how smooth fluid-like behaviour for the longitudinal velocity component can co-exist with highly intermittent quake-like behaviour.Whereas the longitudinal component is well modelled by (highly intermittent) convection, the transverse velocity is well modelled by Brownian motion.  In the temporal domain both components (including their strong correlations) display such diffusion behaviour (i.e. with classical exponent H = ½), but are highly intermittent (C1time = C1space/2 ≈ 0.27).  Finally, the extreme velocity differences (that appear as occasional spikes in the velocities) have power law probability tails; the “Guttenberg-Richter” exponents in the seismology literature.The advection - diffusion model is based on an underlying multifractal space-time cascade process.  Using mantle convection theory, we show how the driving multifractal flux (ψ) is related to vertical heat fluxes, expansion coefficients, densities, viscosities and specific heats. Taking typical values predict driving fluxes very close to the observed mean ≈ 1/(400 Myrs).  Trace moment analysis shows that the outer space-time scales of the cascade process are ≈17000 km in space and ≈ 50Myrs in time.   Whereas the former corresponds to half the Earth’s circumference, the latter is the typical time required for a plate to randomly “walk” the same distance.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict), Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,504
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0020,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,001

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.

Tête enseignante Opus0,044
Tête enseignante GPT0,246
Écart entre enseignants0,201 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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