Planetarer Vulkanismus und Tektonik

Wie die aus dem Inneren eines Planeten entweichende Wärme Vulkane bildet, die Kruste verformt und Oberflächen im gesamten Sonnensystem erneuert.

Definition

Planetarer Vulkanismus und Tektonik ist die Untersuchung, wie innere Wärme den Ausbruch von Magma und die Verformung der Lithosphäre auf Planeten und Monden antreibt.

Scope

Dieses Thema behandelt die vulkanischen und tektonischen Ausprägungen des inneren Wärmeverlusts auf Gesteinsplaneten und -monden: Schmelzbildung und -aufstieg, effusive und explosive Eruptionen, Schildvulkane und Flutbasalte sowie die Verformung von Lithosphären zu Verwerfungen, Falten und globalen tektonischen Mustern. Es umfasst Plattentektonik nach Erd-Art, Stagnant-Lid-Regime auf Venus und Mars, gezeitengetriebenen Vulkanismus auf Io und Kryovulkanismus auf Eismonden, basierend auf vergleichender Fernerkundung und Geophysik.

Core questions

• Wie bildet sich Schmelze, steigt auf und bricht auf Himmelskörpern mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Gravitationskräften aus?
• Was bestimmt, ob ein Planet Plattentektonik, eine stagnierende Lithosphäre (stagnant lid) oder andere tektonische Stile aufweist?
• Wie treibt die Gezeitenheizung den intensiven Vulkanismus von Io und möglichen Kryovulkanismus anderswo an?
• Was verraten vulkanische und tektonische Landformen über die thermische Geschichte eines Planeten?

Key theories

Plattentektonik als planetarer Konvektionsmodus

Auf der Erde zerbricht die Mantelkonvektion die Lithosphäre in mobile Platten, die ins Innere recycelt werden, ein effizienter Kühlmodus, der unter den terrestrischen Planeten heute einzigartig erscheint.

Stagnant-Lid-Tektonik

Auf Venus und Mars verhält sich die Lithosphäre wie eine einzelne starre Decke über einem konvektierenden Mantel, sodass Wärme hauptsächlich durch Vulkanismus und episodische Oberflächenerneuerung statt durch Plattenrecycling entweicht.

Gezeitenheizung und Vulkanismus

Periodische gravitative Verformung eines Mondes in einer exzentrischen Umlaufbahn dissipiert Energie als Wärme, was den extrem aktiven Vulkanismus von Io antreibt und die unterirdische Aktivität auf anderen Satelliten aufrechterhält.

Mechanisms

Dekompressions- oder Erhitzungsprozesse erzeugen Silikatschmelze, die Auftrieb besitzt und durch die Lithosphäre aufsteigt, um als Lava auszubrechen, oder, wo flüchtige Bestandteile entweichen, explosiv. Spannungen durch Konvektion, Abkühlung, Gezeiten und Einschläge verformen die Kruste zu Verwerfungen und Falten. Auf Eismonden können niedrigschmelzende Eise und Solen als Kryovulkanismus ausbrechen.

Clinical relevance

Vulkanische und tektonische Aktivität erneuert Planetenoberflächen, entgast Atmosphären und signalisiert ein aktives Inneres, was sie zentral für die Datierung von Oberflächen und die Beurteilung macht, ob ein Himmelskörper bewohnbare Umgebungen unterstützen könnte.

History

Raumfahrzeuge enthüllten eine erstaunliche Vielfalt an Vulkanismus und Tektonik: Mariner und Viking kartierten die riesigen Tharsis-Vulkane und Grabensysteme des Mars, Voyager entdeckte 1979 aktiven Vulkanismus auf Io, kurz nachdem Peale und Kollegen die Gezeitenheizung vorhergesagt hatten, und Magellan legte die vulkanisch erneuerte Ebenen der Venus offen. Diese Erkenntnisse definierten Vulkanismus und Tektonik als planetenweite Phänomene neu.

Debates

Oberflächenerneuerungsgeschichte der Venus

Ob die Venus in einem katastrophalen globalen Ereignis oder durch allmählicheren, anhaltenden Vulkanismus erneuert wurde, bleibt aufgrund ihrer spärlichen, nahezu zufällig verteilten Kraterpopulation umstritten.

Key figures

• H. Jay Melosh
• Gerald Schubert
• Stanton Peale
• Donald Turcotte

Seminal works

• melosh2011
• turcotteschubert2014

Frequently asked questions

Was ist der größte Vulkan im Sonnensystem?

Olympus Mons auf dem Mars, ein Schildvulkan, der ungefähr die Größe des US-Bundesstaates Arizona hat und weit höher ist als der Mount Everest, entstanden über einem langlebigen stationären Hotspot in der stagnierenden Lithosphäre des Mars.

Warum ist Io so vulkanisch aktiv?

Io wird durch Jupiters Gravitation und durch Orbitalresonanzen mit benachbarten Monden gequetscht, und die daraus resultierende Gezeitenverformung heizt sein Inneres ausreichend auf, um kontinuierlichen Vulkanismus anzutreiben.