行星火山活动与构造

行星内部散发的热量如何在地表形成火山、使地壳变形，并重塑太阳系中各个星球的面貌。

Definition

行星火山活动与构造是研究内部热量如何驱动行星和卫星上的岩浆喷发和岩石圈变形的学科。

Scope

本主题涵盖了岩石行星和卫星内部热量损失所表现出的火山和构造特征：熔体生成与上升、溢流式和爆发式喷发、盾状火山和洪流玄武岩，以及岩石圈变形形成断层、褶皱和全球构造模式。它涵盖了地球式的板块构造、金星和火星上的停滞盖层构造、木卫一上潮汐驱动的火山活动，以及冰卫星上的冰火山活动，并借鉴了比较遥感和地球物理学研究。

Core questions

• 在不同成分和重力的天体上，熔体如何形成、上升和喷发？
• 是什么决定了一颗行星是拥有板块构造、停滞盖层还是其他构造样式？
• 潮汐加热如何驱动木卫一强烈的火山活动以及其他地方可能的冰火山活动？
• 火山和构造地貌揭示了行星怎样的热历史？

Key theories

板块构造作为行星对流模式

在地球上，地幔对流将岩石圈分裂成移动的板块，这些板块循环进入内部，这是一种高效的冷却模式，在当今的类地行星中似乎是独一无二的。

停滞盖层构造

在金星和火星上，岩石圈表现为对流地幔上方的单一刚性盖层，因此热量主要通过火山活动和间歇性地表重塑而非板块循环来散失。

潮汐加热与火山活动

偏心轨道上卫星的周期性引力弯曲以热量形式耗散能量，驱动着木卫一极端的活跃火山活动，并维持着其他卫星的地下活动。

Mechanisms

减压或加热会产生硅酸盐熔体，这些熔体具有浮力并上升穿过岩石圈，以熔岩形式喷发，或者在挥发物逸出时，以爆发形式喷发。对流、冷却、潮汐和撞击产生的应力使地壳变形形成断层和褶皱。在冰卫星上，低熔点冰和卤水可以作为冰火山喷发。

Clinical relevance

火山和构造活动重塑行星表面、释放大气气体，并预示着活跃的内部，这使其成为确定地表年代和评估天体是否能支持宜居环境的核心因素。

History

航天器揭示了火山活动和构造的惊人多样性：水手号和海盗号绘制了火星巨大的塔尔西斯火山和裂谷系统，旅行者号于1979年在皮尔及其同事预测潮汐加热后不久发现了木卫一上的活跃火山活动，麦哲伦号则揭示了金星被火山活动重塑的平原。这些发现将火山活动和构造重新定义为行星尺度的现象。

Debates

金星的表面重塑历史

金星的表面重塑是由于一场灾难性的全球事件，还是通过更渐进、持续的火山活动，由于其稀疏且近乎随机分布的撞击坑数量，这一问题仍存在争议。

Key figures

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

Seminal works

• melosh2011
• turcotteschubert2014

Frequently asked questions

太阳系中最大的火山是什么？

火星上的奥林匹斯山，一座盾状火山，其大小与美国亚利桑那州大致相当，比珠穆朗玛峰高得多，是在火星停滞岩石圈中一个长期存在的固定热点上形成的。

为什么木卫一的火山活动如此活跃？

木卫一受到木星引力以及与邻近卫星轨道共振的挤压，由此产生的潮汐弯曲使其内部温度升高，足以驱动持续的火山活动。