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A machine-learning-based surrogate model of Mars' thermal evolution

Agarwal, Siddhant und Tosi, Nicola und Breuer, Doris und Padovan, Sebastiano und Kessel, Pan und Montavon, Grégoire (2020) A machine-learning-based surrogate model of Mars' thermal evolution. Geophysical Journal International, 222 (3), Seiten 1656-1670. Oxford University Press. doi: 10.1093/gji/ggaa234. ISSN 0956-540X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://academic.oup.com/gji/article/222/3/1656/5836720

Kurzfassung

Constraining initial conditions and parameters of mantle convection for a planet often requires running several hundred computationally expensive simulations in order to find those matching certain ‘observables’, such as crustal thickness, duration of volcanism, or radial contraction. A lower fidelity alternative is to use 1-D evolution models based on scaling laws that parametrize convective heat transfer. However, this approach is often limited in the amount of physics that scaling laws can accurately represent (e.g. temperature and pressure-dependent rheologies or mineralogical phase transitions can only be marginally simulated). We leverage neural networks to build a surrogate model that can predict the entire evolution (0–4.5 Gyr) of the 1-D temperature profile of a Mars-like planet for a wide range of values of five different parameters: reference viscosity, activation energy and activation volume of diffusion creep, enrichment factor of heat-producing elements in the crust and initial temperature of the mantle. The neural network we evaluate and present here has been trained from a subset of ∼10 000 evolution simulations of Mars ran on a 2-D quarter-cylindrical grid, from which we extracted laterally averaged 1-D temperature profiles. The temperature profiles predicted by this trained network match those of an unseen batch of 2-D simulations with an average accuracy of 99.7per cent⁠.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/136662/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A machine-learning-based surrogate model of Mars' thermal evolution
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Agarwal, SiddhantSiddhant.Agarwal (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0840-2114NICHT SPEZIFIZIERT
Tosi, Nicolanicola.tosi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4912-2848NICHT SPEZIFIZIERT
Breuer, DorisDoris.Breuer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9019-5304NICHT SPEZIFIZIERT
Padovan, SebastianoSebastiano.Padovan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8652-3704NICHT SPEZIFIZIERT
Kessel, Panpan.kessel (at) campus.tu-berlin.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Montavon, Grégoiregregoire.montavon (at) tu-berlin.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:13 Mai 2020
Erschienen in:Geophysical Journal International
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:222
DOI:10.1093/gji/ggaa234
Seitenbereich:Seiten 1656-1670
Verlag:Oxford University Press
ISSN:0956-540X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Mantle processes, Neural networks, fuzzy logic, Planetary interiors
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: Agarwal, Siddhant
Hinterlegt am:16 Okt 2020 08:20
Letzte Änderung:24 Okt 2023 11:41

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