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A community benchmark for viscoplastic thermal convection in a 2-D square box

Tosi, Nicola und Stein, C. und Noack, L. und Hüttig, C. und Maierova, P. und Samuel, H. und Davies, R. und Wilson, C. und Kramer, S. und Thieulot, C. und Glerum, A. und Fraters, M. und Rozel, A. und Tackley, P. (2015) A community benchmark for viscoplastic thermal convection in a 2-D square box. Geochemistry Geophysics Geosystems, 16 (7), Seiten 2175-2196. Wiley. doi: 10.1002/2015GC005807. ISSN 1525-2027.

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Offizielle URL: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2015GC005807/pdf

Kurzfassung

Numerical simulations of thermal convection in the Earth’s mantle often employ a pseudoplastic rheology in order to mimic the plate-like behavior of the lithosphere. Yet the benchmark tests available in the literature are largely based on simple linear rheologies in which the viscosity is either assumed to be constant or weakly dependent on temperature. Here we present a suite of simple tests based on nonlinear rheologies featuring temperature, pressure, and strain rate-dependent viscosity. Eleven different codes based on the finite volume, finite element, or spectral methods have been used to run five benchmark cases leading to stagnant lid, mobile lid, and periodic convection in a 2-D square box. For two of these cases, we also show resolution tests from all contributing codes. In addition, we present a bifurcation analysis, describing the transition from a mobile lid regime to a periodic regime, and from a periodic regime to a stagnant lid regime, as a function of the yield stress. At a resolution of around 100 cells or elements in both vertical and horizontal directions, all codes reproduce the required diagnostic quantities with a discrepancy of at most $3% in the presence of both linear and nonlinear rheologies. Furthermore, they consistently predict the critical value of the yield stress at which the transition between different regimes occurs. As the most recent mantle convection codes can handle a number of different geometries within a single solution framework, this benchmark will also prove useful when validating viscoplastic thermal convection simula- tions in such geometries.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/101645/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A community benchmark for viscoplastic thermal convection in a 2-D square box
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Tosi, Nicolanicola.tosi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4912-2848NICHT SPEZIFIZIERT
Stein, C.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Noack, L.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hüttig, C.christian.huettig (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Maierova, P.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Samuel, H.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Davies, R.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wilson, C.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kramer, S.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thieulot, C.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Glerum, A.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fraters, M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rozel, A.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tackley, P.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:14 Juli 2015
Erschienen in:Geochemistry Geophysics Geosystems
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:16
DOI:10.1002/2015GC005807
Seitenbereich:Seiten 2175-2196
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Becker, ThorstenUniversity of Southern California Department of Earth Sciences Los Angeles, CA 90089-0740NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Wiley
ISSN:1525-2027
Status:veröffentlicht
Stichwörter:benchmark, convection, 2D box
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Exploration des Sonnensystems
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung
Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Hinterlegt von: Rückriemen, Tina
Hinterlegt am:07 Jan 2016 09:41
Letzte Änderung:04 Jul 2023 14:49

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