Планетарный вулканизм и тектоника

Как тепло, исходящее из недр планеты, формирует вулканы, деформирует кору и обновляет поверхности миров по всей Солнечной системе.

Definition

Планетарный вулканизм и тектоника — это исследование того, как внутреннее тепло приводит к извержению магмы и деформации литосферы на планетах и лунах.

Scope

Эта тема охватывает вулканические и тектонические проявления потери внутреннего тепла на каменистых планетах и лунах: образование и подъем расплава, эффузивные и эксплозивные извержения, щитовые вулканы и трапповые базальты, а также деформацию литосфер в разломы, складки и глобальные тектонические структуры. Она охватывает тектонику плит земного типа, режимы застойной крышки на Венере и Марсе, приливной вулканизм на Ио и криовулканизм на ледяных лунах, опираясь на сравнительное дистанционное зондирование и геофизику.

Core questions

• Как образуется, поднимается и извергается расплав на телах с различным составом и гравитацией?
• Что определяет, имеет ли планета тектонику плит, застойную крышку или другие тектонические стили?
• Как приливной нагрев питает интенсивный вулканизм Ио и возможный криовулканизм в других местах?
• Что вулканические и тектонические формы рельефа раскрывают о термической истории планеты?

Key theories

Тектоника плит как планетарный режим конвекции

На Земле конвекция мантии разбивает литосферу на подвижные плиты, которые перерабатываются во внутренние слои, что является эффективным режимом охлаждения, который, по-видимому, уникален среди земных планет сегодня.

Тектоника застойной крышки

На Венере и Марсе литосфера ведет себя как единая жесткая крышка над конвектирующей мантией, поэтому тепло уходит в основном через вулканизм и эпизодическое обновление поверхности, а не через переработку плит.

Приливной нагрев и вулканизм

Периодическое гравитационное изгибание луны на эксцентрической орбите рассеивает энергию в виде тепла, питая экстремальный активный вулканизм Ио и поддерживая подповерхностную активность на других спутниках.

Mechanisms

Декомпрессия или нагрев производят силикатный расплав, который является плавучим и поднимается через литосферу, извергаясь в виде лавы или, при дегазации летучих веществ, взрывообразно. Напряжения от конвекции, охлаждения, приливов и ударов деформируют кору в разломы и складки. На ледяных лунах низкоплавкие льды и рассолы могут извергаться в виде криовулканизма.

Clinical relevance

Вулканическая и тектоническая активность обновляет поверхности планет, дегазирует атмосферы и сигнализирует об активном внутреннем строении, что делает ее центральной для датировки поверхностей и оценки того, может ли тело поддерживать обитаемые среды.

History

Космические аппараты выявили удивительное разнообразие вулканизма и тектоники: «Маринер» и «Викинг» нанесли на карту гигантские вулканы Фарсида и рифтовые системы Марса, «Вояджер» обнаружил активный вулканизм на Ио в 1979 году сразу после того, как Пил и коллеги предсказали приливной нагрев, а «Магеллан» обнажил вулканически обновленные равнины Венеры. Эти открытия переосмыслили вулканизм и тектонику как общепланетные явления.

Debates

История обновления поверхности Венеры

Вопрос о том, была ли поверхность Венеры обновлена в результате катастрофического глобального события или посредством более постепенного, продолжающегося вулканизма, остается предметом дебатов, исходя из ее редкой, почти случайно распределенной популяции кратеров.

Key figures

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

Seminal works

• melosh2011
• turcotteschubert2014

Frequently asked questions

Какой вулкан является самым большим в Солнечной системе?

Олимп на Марсе, щитовой вулкан размером примерно со штат Аризона в США и намного выше горы Эверест, образовавшийся над долгоживущей стационарной горячей точкой в застойной литосфере Марса.

Почему Ио так вулканически активен?

Ио сжимается гравитацией Юпитера и орбитальными резонансами с соседними лунами, и возникающее приливное изгибание нагревает его внутренние слои достаточно, чтобы поддерживать непрерывный вулканизм.