ภูเขาไฟและธรณีแปรสัณฐานของดาวเคราะห์

ความร้อนที่ระบายออกจากภายในของดาวเคราะห์สร้างภูเขาไฟ ทำให้เปลือกโลกผิดรูป และปรับพื้นผิวโลกทั่วทั้งระบบสุริยะได้อย่างไร

Definition

ภูเขาไฟและธรณีแปรสัณฐานของดาวเคราะห์คือการศึกษาว่าความร้อนภายในขับเคลื่อนการปะทุของหินหนืดและการเปลี่ยนรูปของธรณีภาคบนดาวเคราะห์และดวงจันทร์ได้อย่างไร

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการแสดงออกของภูเขาไฟและธรณีแปรสัณฐานจากการสูญเสียความร้อนภายในบนดาวเคราะห์หินและดวงจันทร์: การก่อตัวและการเคลื่อนที่ขึ้นของหินหลอมเหลว, การปะทุแบบไหลเอ่อและแบบระเบิด, ภูเขาไฟรูปโล่และหินบะซอลต์หลากท่วม, และการเปลี่ยนรูปของธรณีภาคไปเป็นรอยเลื่อน, รอยคดโค้ง, และรูปแบบธรณีแปรสัณฐานทั่วโลก ครอบคลุมธรณีแปรสัณฐานแบบแผ่นเปลือกโลกบนโลก, ระบบฝาปิดนิ่งบนดาวศุกร์และดาวอังคาร, ภูเขาไฟที่ขับเคลื่อนด้วยแรงน้ำขึ้นน้ำลงบนไอโอ, และภูเขาไฟน้ำแข็งบนดวงจันทร์น้ำแข็ง โดยอาศัยการสำรวจระยะไกลเชิงเปรียบเทียบและธรณีฟิสิกส์

Core questions

• หินหลอมเหลวเกิดขึ้น เคลื่อนที่ขึ้น และปะทุบนวัตถุที่มีองค์ประกอบและแรงโน้มถ่วงต่างกันได้อย่างไร
• อะไรเป็นตัวกำหนดว่าดาวเคราะห์จะมีธรณีแปรสัณฐานแบบแผ่นเปลือกโลก, ฝาปิดนิ่ง, หรือรูปแบบธรณีแปรสัณฐานอื่นๆ
• ความร้อนจากแรงน้ำขึ้นน้ำลงขับเคลื่อนภูเขาไฟที่รุนแรงของไอโอและภูเขาไฟน้ำแข็งที่อาจเกิดขึ้นที่อื่นได้อย่างไร
• ลักษณะภูมิประเทศของภูเขาไฟและธรณีแปรสัณฐานเผยให้เห็นอะไรเกี่ยวกับประวัติความร้อนของดาวเคราะห์

Key theories

ธรณีแปรสัณฐานแบบแผ่นเปลือกโลกในฐานะรูปแบบการพาความร้อนของดาวเคราะห์

บนโลก การพาความร้อนของเนื้อโลกทำให้ธรณีภาคแตกออกเป็นแผ่นเปลือกโลกที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งหมุนเวียนกลับเข้าไปในภายใน ซึ่งเป็นรูปแบบการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพที่ดูเหมือนจะมีเอกลักษณ์เฉพาะในบรรดาดาวเคราะห์หินในปัจจุบัน

ธรณีแปรสัณฐานแบบฝาปิดนิ่ง

บนดาวศุกร์และดาวอังคาร ธรณีภาคทำหน้าที่เป็นฝาปิดแข็งเดี่ยวเหนือเนื้อโลกที่กำลังพาความร้อน ดังนั้นความร้อนจึงระบายออกส่วนใหญ่ผ่านภูเขาไฟและการปรับพื้นผิวเป็นครั้งคราว แทนที่จะเป็นการหมุนเวียนของแผ่นเปลือกโลก

ความร้อนจากแรงน้ำขึ้นน้ำลงและภูเขาไฟ

การโค้งงอตามแรงโน้มถ่วงเป็นระยะของดวงจันทร์ในวงโคจรที่ผิดปกติจะกระจายพลังงานเป็นความร้อน ซึ่งขับเคลื่อนภูเขาไฟที่คุกรุ่นอย่างรุนแรงของไอโอและรักษากิจกรรมใต้พื้นผิวบนดาวบริวารอื่นๆ

Mechanisms

การลดความดันหรือความร้อนทำให้เกิดหินหลอมเหลวซิลิเกตซึ่งมีความหนาแน่นต่ำและลอยขึ้นผ่านธรณีภาคเพื่อปะทุเป็นลาวา หรือในกรณีที่สารระเหยแยกตัวออกมา ก็จะปะทุอย่างรุนแรง ความเค้นจากการพาความร้อน การเย็นตัว แรงน้ำขึ้นน้ำลง และการชน ทำให้เปลือกโลกผิดรูปเป็นรอยเลื่อนและรอยคดโค้ง บนดวงจันทร์น้ำแข็ง น้ำแข็งและน้ำเกลือที่มีจุดหลอมเหลวต่ำสามารถปะทุเป็นภูเขาไฟน้ำแข็งได้

Clinical relevance

กิจกรรมของภูเขาไฟและธรณีแปรสัณฐานปรับพื้นผิวของดาวเคราะห์ ปล่อยก๊าซสู่ชั้นบรรยากาศ และเป็นสัญญาณบ่งบอกถึงการมีอยู่ของภายในที่ยังคงคุกรุ่น ทำให้เป็นหัวใจสำคัญในการกำหนดอายุของพื้นผิวและประเมินว่าวัตถุนั้นสามารถรองรับสภาพแวดล้อมที่เอื้อต่อการอยู่อาศัยได้หรือไม่

History

ยานอวกาศได้เปิดเผยความหลากหลายที่น่าทึ่งของภูเขาไฟและธรณีแปรสัณฐาน: มาริเนอร์และไวกิงได้ทำแผนที่ภูเขาไฟธาร์ซิสขนาดยักษ์และระบบรอยแยกของดาวอังคาร, วอยเอเจอร์ค้นพบภูเขาไฟที่ยังคุกรุ่นบนไอโอในปี 1979 หลังจากที่พีลและคณะได้ทำนายการเกิดความร้อนจากแรงน้ำขึ้นน้ำลง, และแมกเจลแลนได้เปิดเผยที่ราบที่ถูกปรับพื้นผิวด้วยภูเขาไฟของดาวศุกร์ การค้นพบเหล่านี้ได้ปรับเปลี่ยนมุมมองเกี่ยวกับภูเขาไฟและธรณีแปรสัณฐานให้เป็นปรากฏการณ์ทั่วทั้งดาวเคราะห์

Debates

ประวัติการปรับพื้นผิวของดาวศุกร์

ยังคงมีการถกเถียงกันว่าดาวศุกร์ถูกปรับพื้นผิวในเหตุการณ์หายนะทั่วโลกหรือผ่านภูเขาไฟที่ค่อยเป็นค่อยไปและต่อเนื่อง จากประชากรหลุมอุกกาบาตที่กระจัดกระจายอย่างเบาบางและเกือบจะสุ่ม

Key figures

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

Seminal works

• melosh2011
• turcotteschubert2014

Frequently asked questions

ภูเขาไฟที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะคืออะไร?

โอลิมปัส มอนส์ (Olympus Mons) บนดาวอังคาร เป็นภูเขาไฟรูปโล่ที่มีขนาดประมาณรัฐแอริโซนาของสหรัฐอเมริกา และสูงกว่ายอดเขาเอเวอเรสต์มาก ก่อตัวขึ้นจากจุดร้อนที่อยู่กับที่มาเป็นเวลานานในธรณีภาคที่หยุดนิ่งของดาวอังคาร

ทำไมไอโอถึงมีภูเขาไฟที่คุกรุ่นมาก?

ไอโอถูกบีบอัดด้วยแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีและด้วยการสั่นพ้องของวงโคจรกับดวงจันทร์ข้างเคียง และการโค้งงอตามแรงน้ำขึ้นน้ำลงที่เกิดขึ้นจะทำให้ภายในของมันร้อนพอที่จะขับเคลื่อนภูเขาไฟอย่างต่อเนื่อง