Hoạt động núi lửa và kiến tạo hành tinh

Cách nhiệt thoát ra từ lòng hành tinh tạo ra núi lửa, làm biến dạng vỏ và tái tạo bề mặt các thế giới trong Hệ Mặt Trời.

Definition

Hoạt động núi lửa và kiến tạo hành tinh là nghiên cứu về cách nhiệt bên trong thúc đẩy sự phun trào của magma và sự biến dạng của thạch quyển trên các hành tinh và mặt trăng.

Scope

Chủ đề này bao gồm các biểu hiện núi lửa và kiến tạo của sự mất nhiệt bên trong trên các hành tinh đá và mặt trăng: sự hình thành và dâng lên của vật chất nóng chảy, các vụ phun trào chảy tràn và phun nổ, núi lửa hình khiên và bazan lũ, cùng với sự biến dạng của thạch quyển thành các đứt gãy, nếp uốn và các mô hình kiến tạo toàn cầu. Nó bao gồm kiến tạo mảng kiểu Trái Đất, các chế độ nắp tĩnh trên Sao Kim và Sao Hỏa, hoạt động núi lửa do thủy triều trên Io, và hoạt động núi lửa băng trên các mặt trăng băng, dựa trên các nghiên cứu so sánh về viễn thám và địa vật lý.

Core questions

• Vật chất nóng chảy hình thành, dâng lên và phun trào như thế nào trên các thiên thể có thành phần và trọng lực khác nhau?
• Điều gì quyết định liệu một hành tinh có kiến tạo mảng, nắp tĩnh hay các kiểu kiến tạo khác?
• Sự gia nhiệt do thủy triều cung cấp năng lượng cho hoạt động núi lửa dữ dội của Io và có thể là hoạt động núi lửa băng ở những nơi khác như thế nào?
• Các dạng địa hình núi lửa và kiến tạo tiết lộ điều gì về lịch sử nhiệt của một hành tinh?

Key theories

Kiến tạo mảng như một chế độ đối lưu hành tinh

Trên Trái Đất, đối lưu manti chia thạch quyển thành các mảng di động tái chế vào bên trong, một chế độ làm mát hiệu quả dường như là độc nhất trong số các hành tinh đất đá ngày nay.

Kiến tạo nắp tĩnh

Trên Sao Kim và Sao Hỏa, thạch quyển hoạt động như một nắp cứng duy nhất trên một manti đối lưu, do đó nhiệt thoát ra chủ yếu thông qua hoạt động núi lửa và tái tạo bề mặt theo từng giai đoạn chứ không phải tái chế mảng.

Sự gia nhiệt và hoạt động núi lửa do thủy triều

Sự uốn cong hấp dẫn định kỳ của một mặt trăng trong quỹ đạo lệch tâm tiêu tán năng lượng dưới dạng nhiệt, cung cấp năng lượng cho hoạt động núi lửa cực đoan của Io và duy trì hoạt động dưới bề mặt trên các vệ tinh khác.

Mechanisms

Sự giảm áp hoặc gia nhiệt tạo ra vật chất nóng chảy silicat có tính nổi và dâng lên qua thạch quyển để phun trào thành dung nham hoặc, khi các chất dễ bay hơi thoát ra, phun trào một cách bùng nổ. Các ứng suất từ đối lưu, làm mát, thủy triều và va chạm làm biến dạng vỏ thành các đứt gãy và nếp uốn. Trên các mặt trăng băng, băng và nước muối có điểm nóng chảy thấp có thể phun trào dưới dạng núi lửa băng.

Clinical relevance

Hoạt động núi lửa và kiến tạo tái tạo bề mặt các hành tinh, giải phóng khí quyển và báo hiệu một nội tại đang hoạt động, khiến nó trở thành yếu tố trung tâm để xác định niên đại bề mặt và đánh giá liệu một thiên thể có thể hỗ trợ môi trường sống được hay không.

History

Tàu vũ trụ đã tiết lộ một sự đa dạng đáng kinh ngạc về hoạt động núi lửa và kiến tạo: Mariner và Viking đã lập bản đồ các núi lửa Tharsis khổng lồ và hệ thống tách giãn của Sao Hỏa, Voyager đã phát hiện hoạt động núi lửa trên Io vào năm 1979 ngay sau khi Peale và các đồng nghiệp dự đoán sự gia nhiệt do thủy triều, và Magellan đã phơi bày các đồng bằng được tái tạo bề mặt do núi lửa của Sao Kim. Những phát hiện này đã định hình lại hoạt động núi lửa và kiến tạo như những hiện tượng trên toàn hành tinh.

Debates

Lịch sử tái tạo bề mặt của Sao Kim

Việc Sao Kim được tái tạo bề mặt trong một sự kiện toàn cầu thảm khốc hay thông qua hoạt động núi lửa dần dần, liên tục vẫn còn đang được tranh luận từ quần thể miệng núi lửa thưa thớt, phân bố gần như ngẫu nhiên của nó.

Key figures

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

Seminal works

• melosh2011
• turcotteschubert2014

Frequently asked questions

Núi lửa lớn nhất trong Hệ Mặt Trời là gì?

Olympus Mons trên Sao Hỏa, một núi lửa hình khiên có kích thước xấp xỉ bang Arizona của Hoa Kỳ và cao hơn nhiều so với đỉnh Everest, được hình thành qua một điểm nóng cố định tồn tại lâu dài trong thạch quyển tĩnh của Sao Hỏa.

Tại sao Io lại hoạt động núi lửa mạnh mẽ như vậy?

Io bị nén bởi trọng lực của Sao Mộc và bởi các cộng hưởng quỹ đạo với các mặt trăng lân cận, và sự uốn cong do thủy triều tạo ra làm nóng bên trong của nó đủ để cung cấp năng lượng cho hoạt động núi lửa liên tục.