惑星の火山活動とテクトニクス

惑星内部から放出される熱が、太陽系全体の惑星でどのように火山を形成し、地殻を変形させ、表面を更新するのか。

Definition

惑星の火山活動とテクトニクスとは、惑星や衛星の内部熱がどのようにマグマの噴火とリソスフェアの変形を駆動するかを研究する学問分野である。

Scope

このトピックでは、岩石惑星および衛星における内部熱損失の火山学的・構造的表現について扱います。具体的には、メルトの生成と上昇、噴出性および爆発的噴火、楯状火山と洪水玄武岩、そしてリソスフェアが断層、褶曲、および地球規模のテクトニクスパターンへと変形する過程です。地球型プレートテクトニクス、金星と火星の停滞リッド体制、イオの潮汐駆動型火山活動、氷衛星の低温火山活動にわたり、比較リモートセンシングと地球物理学に基づいて考察します。

Core questions

• 異なる組成と重力を持つ天体で、メルトはどのように形成され、上昇し、噴火するのか？
• 惑星がプレートテクトニクス、停滞リッド、または他のテクトニクス様式を持つかどうかを決定する要因は何か？
• 潮汐加熱は、イオの激しい火山活動や、他の場所での可能性のある低温火山活動にどのようにエネルギーを供給しているのか？
• 火山地形と構造地形は、惑星の熱史について何を明らかにしているのか？

Key theories

惑星対流様式としてのプレートテクトニクス

地球では、マントル対流がリソスフェアを移動するプレートに分裂させ、それが内部に再循環する。これは効率的な冷却様式であり、今日の地球型惑星の中では独特であると考えられている。

停滞リッドテクトニクス

金星と火星では、リソスフェアは対流するマントルの上に単一の硬いリッドとして振る舞うため、熱はプレートの再循環ではなく、主に火山活動とエピソード的な表面更新を通じて放出される。

潮汐加熱と火山活動

離心軌道にある衛星の周期的な重力によるたわみは、熱としてエネルギーを散逸させ、イオの極端な活発な火山活動にエネルギーを供給し、他の衛星の地下活動を維持している。

Mechanisms

減圧または加熱によって生成されたケイ酸塩メルトは浮力があり、リソスフェアを上昇して溶岩として噴出するか、揮発性物質が溶出する場合には爆発的に噴火する。対流、冷却、潮汐、衝突による応力は、地殻を断層や褶曲へと変形させる。氷衛星では、低融点の氷やブラインが低温火山活動として噴出することがある。

Clinical relevance

火山活動とテクトニクス活動は惑星の表面を更新し、大気を脱ガスさせ、活発な内部の兆候を示すため、表面の年代測定や、天体が居住可能な環境を維持できるかどうかを評価する上で中心的である。

History

宇宙探査機は、驚くほど多様な火山活動とテクトニクスを明らかにした。マリナーとバイキングは火星の巨大なタルシス火山とリフトシステムをマッピングし、ボイジャーは1979年にピールらが潮汐加熱を予測した直後にイオの活発な火山活動を発見し、マゼランは金星の火山活動によって更新された平原を明らかにした。これらの発見は、火山活動とテクトニクスを惑星規模の現象として再定義した。

Debates

金星の表面更新史

金星が壊滅的な全球的イベントによって表面更新されたのか、それともより漸進的で継続的な火山活動によって更新されたのかは、そのまばらでほぼランダムに分布するクレーター群から依然として議論されている。

Key figures

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

Seminal works

• melosh2011
• turcotteschubert2014

Frequently asked questions

太陽系で最大の火山は何ですか？

火星のオリンポス山で、アリゾナ州とほぼ同じ大きさの楯状火山であり、エベレスト山よりもはるかに高く、火星の停滞したリソスフェアにおける長寿命の定常的なホットスポットの上に形成されたものです。

なぜイオはこれほど火山活動が活発なのですか？

イオは木星の重力と隣接する衛星との軌道共鳴によって引き伸ばされ、その結果生じる潮汐によるたわみが内部を十分に加熱し、継続的な火山活動を駆動しています。