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Toward Constraining Mars' Thermal Evolution Using Machine Learning

Agarwal, Siddhant und Tosi, Nicola und Kessel, P und Padovan, Sebastiano und Breuer, Doris und Montavon, Grégoire (2021) Toward Constraining Mars' Thermal Evolution Using Machine Learning. Earth and Space Science, 8 (4), e2020EA001484. American Geophysical Union (AGU). doi: 10.1029/2020EA001484. ISSN 2333-5084.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2020EA001484

Kurzfassung

Abstract The thermal and convective evolution of terrestrial planets like Mars is governed by a number of initial conditions and parameters, which are poorly constrained. We use Mixture Density Networks (MDN) to invert various sets of synthetic present-day observables and infer five parameters: reference viscosity, activation energy and activation volume of the diffusion creep rheology, an enrichment factor for radiogenic elements in the crust, and initial mantle temperature. The data set comes from 6,130 two-dimensional simulations of the thermal evolution of Mars' interior. We quantify the possibility of constraining a parameter using the log-likelihood value from the MDN. Reference viscosity can be constrained to within 32% of its entire range (10^19 − 10^22 Pa s), when all the observables are available: core-mantle-boundary heat flux, surface heat flux, radial contraction, melt produced, and duration of volcanism. Furthermore, crustal enrichment factor (1–50) can be constrained, at best, to within 15%, and the activation energy (10^5 − 5 × 10^5 J mol−1) to within 80%. Initial mantle temperature can be constrained to within 39% of its range (1,600–1,800 K). Using the full present-day temperature profile or parts of it as an observable tightens the constraints further. The activation volume (4 × 10^−6 − 10 × 10^−6 m3 mol−1) cannot be constrained. We also tested different levels of uncertainty in the observables and found that constraints on different parameters loosen differently, with initial temperature being the most sensitive. Finally, we present how a joint probability model for all parameters can be obtained from the MDN.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/146286/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Toward Constraining Mars' Thermal Evolution Using Machine Learning
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
Kessel, PTechnical University BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Padovan, SebastianoSebastiano.Padovan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8652-3704NICHT SPEZIFIZIERT
Breuer, DorisDoris.Breuer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9019-5304NICHT SPEZIFIZIERT
Montavon, GrégoireInstitut für Softwaretechnik und Theoretische Informatik, Technische Universität BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:25 Februar 2021
Erschienen in:Earth and Space Science
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:8
DOI:10.1029/2020EA001484
Seitenbereich:e2020EA001484
Verlag:American Geophysical Union (AGU)
ISSN:2333-5084
Status:veröffentlicht
Stichwörter:inverse problem, mantle convection, Mars, mixture density networks
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
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DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Exploration des Sonnensystems
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Hinterlegt von: Agarwal, Siddhant
Hinterlegt am:29 Nov 2021 14:40
Letzte Änderung:29 Nov 2021 14:40

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