New Constraints on the Thermal Conductivity of the Upper Mantle From Numerical Models of Radiation Transport
New Constraints on the Thermal Conductivity of the Upper Mantle From Numerical Models of Radiation Transport
复制标题
辐射传输数值模型对上地幔热导率的新约束
DOI：
10.1029/2019gc008187
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Afonso, Juan C.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Grose, Christopher J.;Afonso, Juan C.
为了解决辐射热导率krad在地幔中的值和数学形式的不确定性，我们开发了新的模型的运输，散射和吸收的热辐射在transmartarent多相多晶组合。通过数值实验，我们证明了Rosseland扩散方程正确地描述了热辐射的扩散，并推导出了有效谱系数的形式。我们表明，散射系数依赖于晶粒尺寸和界面接触统计在复杂的方式，但简化可以在实践中使用。复合随机材料的有效不透明度在无限大晶粒尺寸极限下是调和加权混合，在无限小晶粒尺寸极限下是算术加权混合。使用现有的吸收光谱的主要上地幔矿物，我们估计kradas温度，粒度和岩石学的函数。在地幔组合中，散射效应对小颗粒（<1 mm）很重要，但颗粒尺寸对多相介质有效不透明度的影响对10 cm以下的颗粒尺寸很重要。我们计算出上地幔克拉底约为2-3.5 W·m-1·K-1，代表性的平均粒度范围为0.01至1 cm。这意味着总热导率为5.5-7 W·m−1·K−1。将我们的模型应用于大洋岩石圈的冷却表明，krad使净冷却增加了约25%。
To address uncertainties in the values and mathematical form of the radiative thermal conductivitykradin the mantle, we developed new models for the transport, scattering, and absorption of thermal radiation in semitransparent multiphase polycrystalline assemblages. We show that the Rosseland diffusion equation correctly describes the diffusion of thermal radiation and infer the form of the effective spectral coefficients through numerical experimentation. We show that the scattering coefficient depends on the grain size and on interphase contact statistics in complicated ways, but that simplifications can be employed in practice. The effective opacity of a composite random material is a harmonically weighted mixture in the limit of infinitely large grain size and an arithmetically weighted mixture in the limit of infinitesimal grain size. Using existing absorption spectra for major upper mantle minerals, we estimatekradas a function of temperature, grain size, and petrology. In mantle assemblages, the scattering effect is important for small grain sizes (<1 mm), but the grain size effect on the effective opacity of a multiphase medium is important for grain sizes up to 10 cm. We calculate that upper mantlekradis about 2–3.5 W·m−1·K−1for a representative mean grain size range of 0.01 to 1 cm. This translates to a total thermal conductivity of 5.5–7 W·m−1·K−1. Application of our model to the cooling of oceanic lithosphere shows thatkradincreases net cooling by about 25%.
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DOI：
10.1016/s0065-2717(08)70077-7
发表时间：
1975
期刊：
Advances in heat transfer
影响因子：
--
作者：
R. Viskanta;E. E. Anderson-E.
通讯作者：
R. Viskanta;E. E. Anderson-E.
影响因子：
16.6
作者：
Précigout J;Prigent C;Palasse L;Pochon A
通讯作者：
Pochon A
影响因子：
--
作者：
R. Denlinger
通讯作者：
R. Denlinger
漫射半透明介质辐射的多重网格牛顿-克雷洛夫方法
影响因子：
2.4
作者：
M. Seaid
通讯作者：
M. Seaid
DOI：
10.1073/pnas.0610734104
发表时间：
2007-05-29
影响因子：
11.1
作者：
Hofmeister, Anne M.
通讯作者：
Hofmeister, Anne M.