Γεωλογία και Εσωτερικό των Βραχωδών Πλανητών

Τα στρωματοποιημένα εσωτερικά των βραχωδών πλανητών, από μεταλλικούς πυρήνες έως πυριτικά μανδύες και φλοιούς, και η γεωφυσική που τα αποκαλύπτει.

Definition

Η γεωλογία και το εσωτερικό των βραχωδών πλανητών είναι η μελέτη της διαφοροποιημένης εσωτερικής δομής, σύνθεσης, δυναμικής και δημιουργίας μαγνητικού πεδίου των επίγειων πλανητών και των μεγάλων βραχωδών σωμάτων.

Scope

Αυτό το θέμα καλύπτει την εσωτερική δομή, σύνθεση και δυναμική των επίγειων πλανητών και των μεγάλων βραχωδών φεγγαριών: πώς διαφοροποιούνται σε πυρήνα, μανδύα και φλοιό· πώς παράγεται και μεταφέρεται η εσωτερική θερμότητα μέσω αγωγιμότητας και μεταφοράς· η ρεολογία και ορυκτολογία του μανδύα· και η δημιουργία μαγνητικών πεδίων από δυναμό πυρήνα. Περιλαμβάνει τις γεωφυσικές μεθόδους, σεισμολογία, βαρύτητα, μαγνητομετρία και μέτρηση ροής θερμότητας, που χρησιμοποιούνται για την τηλεπισκόπηση και την επιτόπια διερεύνηση των εσωτερικών.

Core questions

• Πώς διαχωρίζονται οι βραχώδεις πλανήτες σε πυρήνα, μανδύα και φλοιό, και τι καθορίζει το μέγεθος του πυρήνα;
• Πώς παράγεται και μεταφέρεται η θερμότητα μέσω του εσωτερικού ενός πλανήτη με την πάροδο του χρόνου;
• Ποιες συνθήκες επιτρέπουν σε έναν πλανήτη να δημιουργήσει ένα παγκόσμιο μαγνητικό πεδίο μέσω δράσης δυναμό;
• Πώς οι γεωφυσικές παρατηρήσεις περιορίζουν το εσωτερικό ενός πλανήτη στον οποίο δεν μπορούμε να τρυπήσουμε;

Key theories

Θεωρία δυναμό πυρήνα

Η μεταφορική κίνηση ηλεκτρικά αγώγιμου υγρού μετάλλου στον πυρήνα ενός πλανήτη, που οδηγείται από την ψύξη και την άνωση λόγω σύνθεσης, μπορεί να διατηρήσει ένα αυτοδημιουργούμενο μαγνητικό πεδίο μέσω μαγνητοϋδροδυναμικής δράσης δυναμό.

Διαφοροποίηση και σχηματισμός πυρήνα

Η πρώιμη θέρμανση λιώνει έναν βραχώδη πλανήτη αρκετά ώστε το πυκνό πλούσιο σε σίδηρο μέταλλο να βυθιστεί και να σχηματίσει έναν πυρήνα, ενώ τα ελαφρύτερα πυριτικά ανεβαίνουν για να δημιουργήσουν τον μανδύα και τον φλοιό, καθορίζοντας τη στρωματοποιημένη δομή του πλανήτη.

Μεταφορά μανδύα

Αν και στερεός, ο μανδύας έρπει και μεταφέρει θερμότητα σε γεωλογικό χρόνο, μεταφέροντας θερμότητα στην επιφάνεια και οδηγώντας την τεκτονική, τον ηφαιστειότητα και τη μακροπρόθεσμη ψύξη του πλανήτη.

Mechanisms

Η θερμότητα από την προσαύξηση και η ραδιογενής θερμότητα λιώνουν τον πρώιμο πλανήτη, επιτρέποντας στο πλούσιο σε σίδηρο μέταλλο να βυθιστεί και να σχηματίσει έναν πυρήνα. Καθώς ο πλανήτης ψύχεται, ο μανδύας μεταφέρει θερμότητα και ο πυρήνας μπορεί να παγώσει ένα εσωτερικό στερεό συστατικό, απελευθερώνοντας άνωση που οδηγεί το δυναμό. Τα σεισμικά κύματα, οι βαρυτικές διακυμάνσεις και οι μαγνητικές μετρήσεις κωδικοποιούν την προκύπτουσα δομή πυκνότητας, θερμοκρασίας και αγωγιμότητας.

Clinical relevance

Η εσωτερική δομή διέπει το μαγνητικό πεδίο ενός πλανήτη, την ηφαιστειακή και τεκτονική δραστηριότητα, και την αποαέρωση, τα οποία όλα επηρεάζουν την ατμοσφαιρική συγκράτηση και την κατοικησιμότητα της επιφάνειας.

History

Η σεισμολογία αποκάλυψε τη δομή του πυρήνα και του μανδύα της Γης καθ' όλη τη διάρκεια του 20ού αιώνα, και η ανακάλυψη του εσωτερικού πυρήνα από τη Lehmann το 1936 ήταν ένα ορόσημο. Η μαγνητομετρία και η χαρτογράφηση βαρύτητας από διαστημόπλοια, καθώς και οι σεισμικές μετρήσεις του Άρη από την αποστολή InSight, επέκτειναν τις μελέτες του εσωτερικού σε άλλους πλανήτες, ενώ η θεωρία του δυναμό ωρίμασε για να εξηγήσει γιατί ορισμένα σώματα έχουν μαγνητικά πεδία και άλλα όχι.

Debates

Σύνθεση και ελαφρά στοιχεία των πλανητικών πυρήνων

Ποια ελαφρά στοιχεία, όπως το θείο, το οξυγόνο ή το πυρίτιο, αναμιγνύονται με το σίδηρο στους πλανητικούς πυρήνες, και πώς αυτό επηρεάζει την ψύξη και τη συμπεριφορά του δυναμό, παραμένει ένα ανοιχτό ερώτημα.

Key figures

• David J. Stevenson
• Donald Turcotte
• Gerald Schubert
• Inge Lehmann

Seminal works

• stevenson1981
• turcotteschubert2014
• stevenson2003

Frequently asked questions

Γιατί η Γη έχει μαγνητικό πεδίο αλλά ο Άρης όχι;

Ο υγρός μεταλλικός πυρήνας της Γης εξακολουθεί να μεταφέρει θερμότητα αρκετά έντονα ώστε να λειτουργεί ένα δυναμό, ενώ ο μικρότερος πυρήνας του Άρη ψύχθηκε και το παγκόσμιο δυναμό του σταμάτησε δισεκατομμύρια χρόνια πριν, αφήνοντας μόνο τμήματα αρχαίου μαγνητισμένου φλοιού.

Πώς μελετούν οι επιστήμονες το εσωτερικό ενός πλανήτη χωρίς να σκάψουν;

Χρησιμοποιούν τη γεωφυσική: σεισμικά κύματα, το βαρυτικό πεδίο του πλανήτη, μαγνητικές μετρήσεις και ροή θερμότητας, τα οποία όλα εξαρτώνται από το τι βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια.