WikiDer > Геодинамика Венеры

Geodynamics of Venus
Венера
Венера, увиденная радаром Магеллана.
Глобальный радар вид на поверхность с Магеллан радиолокационное изображение с 1990 по 1994 год
Физические характеристики
Средний радиус
  • 6051.8±1.0 км[1]
  • 0,9499 Земли
  • 4.60×108 км2
  • 0.902 Земли
Объем
  • 9.28×1011 км3
  • 0,866 Земли
Масса
  • 4.8676×1024 кг
  • 0,815 Земли
Иметь в виду плотность
5,243 г / см3
Поверхность темп.миниметь в видуМаксимум
Кельвин737 К[2]
Цельсия462 ° С
Фаренгейт864 ° F (462 ° С)
Поверхность давление
92 бар (9.2 МПа)
Планета Венера, наблюдаемая в современный телескоп 10 апреля 2020 г.

НАСА Магеллан миссия космического корабля обнаружила, что Венера имеет геологически молодую поверхность с относительно однородным возрастом 500 ± 200 млн лет (миллион лет).[3] Возраст Венеры был определен путем наблюдения более 900 ударных кратеров на поверхности планеты. Эти ударные кратеры почти равномерно распределены по поверхности Венеры и менее 10% были изменены равнинами вулканизм или деформация.[4] Эти наблюдения показывают, что на Венере произошло катастрофическое событие восстановления поверхности около 500 млн лет назад, после чего произошло резкое снижение скорости восстановления поверхности.[5] Радиолокационные изображения миссий Магеллана показали, что наземный стиль тектоника плит не активен на Венере, и поверхность в настоящее время кажется неподвижной.[6] Несмотря на эти наземные наблюдения, есть множество поверхностных особенностей, которые указывают на активное конвекция интерьер. Советский Венера высадки показали, что поверхность Венеры существенно базальтовый в составе на основе геохимический измерения и морфология вулканических потоков.[7] На поверхности Венеры преобладают образцы базальтового вулканизма, а также тектонические деформации сжатия и растяжения, такие как сильно деформированные тессеры рельеф и блины, похожие на вулканотектонические особенности, известные как короны.[8] Поверхность планеты в общих чертах можно охарактеризовать ее низменными равнинами, которые покрывают около 80% поверхности, «континентальными» плато и вулканическими волнами. Также есть изобилие маленьких и больших щитовые вулканы распределены по поверхности планеты. Судя по особенностям ее поверхности, Венера тектонически и конвективно жива, но имеет литосфера это статично.

Обновление гипотез

Глобальное распределение ударных кратеров, обнаруженных миссией Магеллана к Венере, привело к появлению множества теорий о возрождении Венеры. Филлипс и др. (1992) разработали две концептуальные модели восстановления поверхности конечных элементов, которые описывают распределение ударных кратеров. Первая модель конечного элемента предполагает, что пространственно случайное распределение кратеров может поддерживаться за счет краткосрочных событий смены поверхности большой пространственной области, которые происходят в случайных местах с большими промежуточными интервалами времени. Особым случаем этого конечного члена могут быть глобальные события обновления поверхности; в этом случае с текущей поверхности невозможно будет сказать, было ли последнее глобальное событие частью повторяющегося цикла или единичным событием в истории планеты. Другой конечный элемент заключается в том, что события восстановления поверхности, которые уничтожают кратеры, имеют небольшую пространственную область, случайным образом распределены и часто происходят.

Изображение имеет ширину около 185 километров (115 миль) в основании и показывает Дикинсон, ударный кратер диаметром 69 километров (43 мили). Кратер представляет собой сложный кратер, характеризующийся частичным центральным кольцом и дном, залитым радиолокационно-темными и радарно-яркими материалами. Отсутствие выбросов на западе может указывать на то, что ударник, создавший кратер, был косым ударом с запада. Обширные потоки яркого радиолокационного освещения, которые исходят от восточных стен кратера, могут представлять собой большие объемы ударного расплава или могут быть результатом выброса вулканического материала из недр во время кратера.

Это фактически униформистский гипотеза, поскольку она предполагает, что геологическая активность происходит повсюду с одинаковой скоростью. Глобальные события, которые периодически всплывают на поверхность почти всей планеты, оставляют поверхность без кратеров: затем возникают кратеры, которые впоследствии не изменяются до следующего глобального события.[9] События восстановления поверхности, часто происходящие повсюду, приведут к появлению на поверхности множества кратеров в процессе восстановления поверхности.[9] Таким образом, концевые элементы можно различить, наблюдая за тем, насколько кратеры испытали некоторую степень тектонической деформации или вулканического затопления.

Первоначальные исследования населения кратеров показали, что только несколько процентов кратеров были сильно деформированы или образованы последующим вулканизмом, что способствовало «катастрофическому восстановлению поверхности» конечного элемента.[4][10] Был предложен ряд геофизических моделей для генерации глобальной катастрофы, в том числе

  • эпизодическая тектоника плит, предложенная Turcotte (1993)[11]
  • переход от подвижной крышки к застойной конвекции крышки, предложенный Соломатовым и Мореси (1996)[12]
  • и быстрый переход от тонкой литосферы к толстой, предложенный Reese et al. (2007)[13]

Было обнаружено, что часть планеты с большими рифтовыми зонами и наложенными друг на друга вулканами коррелирует с низкой плотностью кратеров и необычным количеством сильно деформированных и явно погруженных кратеров.[10] В областях тессеры на планете процент кратеров немного выше, чем обычно, но некоторые из этих кратеров, по-видимому, сильно деформированы.[14] Эти наблюдения в сочетании с глобальным геологическим картированием приводят к сценариям эволюции геологической поверхности, которые соответствуют катастрофическим геофизическим моделям.[9] Общее представление таково, что области тессеры старые и датируются прошлым периодом более интенсивной деформации поверхности; в быстрой последовательности тессера перестала деформироваться, и вулканизм затопил низменные области; в настоящее время геологическая активность сосредоточена вдоль рифтовых зон планеты.[15][16]

Эпизодическая тектоника плит

Эпизодическое поведение модели Венеры показывает сильное расслоение мантии на 675 млн лет, за которым следует разрыв базальтового барьера на 750 млн лет, мантия опрокидывается на 810 млн лет и расслоение снова восстанавливается через 1000 млн лет.[17]

Turcotte (1993) предположил, что Венера имеет эпизодическую тектонику, при которой короткие периоды быстрой тектоники разделяются периодами покоя поверхности, длящимися порядка 500 млн лет. В периоды бездействия литосфера кондуктивно охлаждается и увеличивается до более чем 300 км. Активный режим тектоники плит происходит, когда толстая литосфера отделяется и погружается в недра планеты. Таким образом, крупномасштабная переработка литосферы призвана объяснить явления всплытия. Эпизодические крупномасштабные перевороты могут происходить из-за слоистой структуры мантии, в которой существует конкуренция между композиционной и термической плавучестью верхней мантии.[18]

Этот вид слоистости мантии дополнительно поддерживается механизмом «базальтового барьера», который утверждает, что субдуцированная базальтовая кора имеет положительную плавучесть между глубинами мантии 660–750 км и отрицательную плавучесть на других глубинах и может накапливаться на дне переходной зоны и вызывают расслоение мантии.[17] Нарушение слоистости мантии и последующие ее перевороты приведут к драматическим эпизодам вулканизма, образованию большого количества коры и тектонической активности на поверхности планеты, как предполагалось на Венере около 500 млн лет назад на основании морфологии поверхности и образования кратеров. .[17] Катастрофическое всплытие поверхности и широко распространенный вулканизм могут периодически быть вызваны повышением температуры мантии из-за изменения поверхностных граничных условий с подвижной крышки на застойную.[16]

Застойная конвекция крышки

Несмотря на их категориальное разделение, все модели демонстрируют своего рода концептуальное совпадение, которое применимо к другим. Соломатов и Мореси (1996) предположили, что уменьшение конвективных напряжений привело к тому, что поверхностная крышка изменилась с подвижной на неподвижную.[12] Этот аргумент предполагал, что нынешняя поверхность Венеры свидетельствует о постоянном прекращении рециркуляции литосферы. Уменьшение планетарного теплового потока по мере уменьшения энергии конвекции изменило режим мантийной конвекции с подвижного на застойный.[19]

Несмотря на свою предыдущую публикацию, Мореси и Соломатов (1998) использовали численные модели мантийной конвекции с температурно-зависимой вязкостью, чтобы предположить, что при промежуточных уровнях предела текучести литосферы может произойти переход Венеры от подвижного к эпизодическому конвективному режиму.[20] Они сосредоточились на эпизодическом режиме для текущего объяснения Венеры, в соответствии с которым хрупкая мобилизация венерианской литосферы может быть эпизодической и катастрофической.

Переход от тонкой литосферы к толстой

Риз и др. (2007) предложили модель обновления поверхности планеты, согласно которой истончение литосферы и повсеместное таяние следует за переходом от подвижной крышки к застойной конвекции крышки.[13] Эти параметризованные модели конвекции предполагают, что прекращение магматического всплытия может происходить несколькими способами: (1) температура мантии падает настолько, что мантийный подъем адиабатически не пересекает солидус, (2) расплавленный слой мигрирует ниже инверсии плотности твердое тело / расплав. на 250–500 км, так что расплав не может ускользнуть, и (3) подлитосферная мелкомасштабная конвекция прекращается, а кондуктивное утолщение крышки подавляет плавление. В каждом случае играет роль неспособность магмы проникать в утолщенную венерианскую литосферу. Тем не менее, было высказано предположение, что поверхность Венеры испытала непрерывное, но геологически быстрое снижение тектонической активности из-за длительного охлаждения планеты, и не требуется никакого катастрофического всплытия поверхности, чтобы объяснить ее потерю тепла.[21]

Гипотеза направленной истории

В серии последующих работ Базилевский и его коллеги подробно разработали модель, которую Гость и Стофан (1999)[22] названный "направленной историей" эволюции Венеры.[23][24][25] Общая идея состоит в том, что существует глобальная стратиграфия, которая прогрессирует от сильно деформированной тессеры к сильно деформированным, затем умеренно деформированным равнинам, а затем к недеформированным равнинам.[9] В последнее время активность сосредоточена вблизи крупных рифтовых зон, которые имеют тенденцию пересекаться с большими щитовыми вулканами.

Интерпретация тессеры как более древних кратонов континентального типа подтверждается геологическим анализом Аштар Терра и ее окрестностей. Силы сжатия в сочетании с неспособностью тонкой базальтовой коры к субдукции привели к образованию складчатых гор по краям Иштар. Дальнейшее сжатие привело к надвигу материала, который впоследствии смог частично расплавиться и подпитать вулканизм на центральном плато.[26]

Если модель направленной эволюции верна, то эволюция должна была быть медленной, а сроки событий значительно перекрывались. Правильная интерпретация конечного члена состоит в том, что население кратера по-прежнему представляет население, поселившееся на в основном неактивной планете, но последние муки глобального внедрения вулканических равнин заполнили большинство кратеров несколькими сотнями метров вулканических потоков. Если это так, то создание равнин после тессеры должно было затянуться на протяжении большей части видимой истории поверхности планеты, и прекращение деформации тессеры должно было в значительной степени совпадать с размещением равнин. Таким образом, хотя эволюция тессеры / равнин / рифтов является действительной гипотезой, эта эволюция не могла произойти как «катастрофа». Очень разные уровни вулканизма и деформации после удара, которые испытали кратеры, согласуются с устойчивой моделью всплытия поверхности Венеры. Кратеры находятся на различных стадиях удаления, но демонстрируют те же процессы, которые происходили на протяжении всей истории видимой поверхности. Остается серьезным ограничением то, что распределение геологических объектов на планете (равнины, вулканы, перекаты и т. Д.) Явно более неравномерно, чем население кратеров. Это означает, что, хотя характер повторного всплытия на Венере может варьироваться в зависимости от региона в униформистской гипотезе, темпы должны быть одинаковыми.[9]

Рекомендации

  1. ^ Зайдельманн, П. Кеннет; Archinal, Brent A .; A'Hearn, Майкл Ф .; и другие. (2007). «Отчет рабочей группы IAU / IAG по картографическим координатам и элементам вращения: 2006 г.». Небесная механика и динамическая астрономия. 98 (3): 155–180. Bibcode:2007CeMDA..98..155S. Дои:10.1007 / s10569-007-9072-у.
  2. ^ Уильямс, Дэвид Р. (1 июля 2013 г.). "Факты о Венере". НАСА. Получено 2014-04-20.
  3. ^ Phillips, R .; Raubertas, Ричард Ф .; Arvidson, Raymond E .; Sarkar, Ila C .; Херрик, Роберт Р .; Изенберг, Ноам; Гримм, Роберт Э. (1992). «Ударные кратеры и история всплытия Венеры». Журнал геофизических исследований. 97 (10): 15923. Bibcode:1992JGR .... 9715923P. Дои:10.1029 / 92JE01696.
  4. ^ а б Schaber, G.G .; Strom, R.G .; Мур, Х. Дж .; Содерблом, Л. А .; Kirk, R.L .; Chadwick, D. J .; Dawson, D. D .; Gaddis, L.R .; Boyce, J.M .; Рассел, Джоэл (1992). «Геология и распространение ударных кратеров на Венере - что они нам говорят». Журнал геофизических исследований. 97 (E8): 13257–13301. Bibcode:1992JGR .... 9713257S. Дои:10.1029 / 92JE01246.
  5. ^ Turcotte, D.L .; Г. Морейн; Д. Робертс; B.D. Маламуд (1999). «Катастрофическое всплытие поверхности и эпизодическая субдукция на Венере». Икар. 139 (1): 49–54. Bibcode:1999Icar..139 ... 49T. Дои:10.1006 / icar.1999.6084.
  6. ^ Solomon, S.C .; и другие. (1992). «Тектоника Венеры - Обзор наблюдений Магеллана». Журнал геофизических исследований. 97 (8): 13199–13255. Bibcode:1992JGR .... 9713199S. Дои:10.1029 / 92je01418.
  7. ^ Басилевский, А .; и другие. (1985). «Поверхность Венеры, открытая посадками Венеры». Бюллетень Геологического общества Америки. 96 (1): 137–144. Bibcode:1985GSAB ... 96..137B. Дои:10.1130 / 0016-7606 (1985) 96 <137: цовар> 2.0.co; 2.
  8. ^ Басилевский, А .; Дж. Хед (2003). «Поверхность Венеры». Отчеты о достижениях физики. 66 (10): 1699–1734. Bibcode:2003RPPh ... 66.1699B. Дои:10.1088 / 0034-4885 / 66/10 / r04.
  9. ^ а б c d е Herrick, R. R .; М. Э. Румпф (2011). «Постимпактная модификация вулканическими или тектоническими процессами, как правило, а не исключение для венерианских кратеров». Журнал геофизических исследований. 116 (E2): 2004. Bibcode:2011JGRE..116.2004H. Дои:10.1029 / 2010JE003722.
  10. ^ а б Herrick, R. R .; Р. Дж. Филлипс (1994). «Последствия глобального обзора венерианских ударных кратеров». Икар. 111 (2): 387–416. Bibcode:1994Icar..111..387H. Дои:10.1006 / icar.1994.1152.
  11. ^ Тюркотт, Д. Л. (1993). «Эпизодическая гипотеза венерианской тектоники». Журнал геофизических исследований. 98 (E9): 17, 061–17, 068. Bibcode:1993JGR .... 9817061T. Дои:10.1029 / 93je01775.
  12. ^ а б Соломатов, В. С .; Л.-Н. Мореси (1996). «Застойная конвекция на Венере». Журнал геофизических исследований. 101 (E2): 4, 737–4, 753. Bibcode:1996JGR ... 101.4737S. Дои:10.1029 / 95je03361.
  13. ^ а б Reese, C.C .; и другие. (2007). «Механизмы прекращения магматического всплытия на Венере». Журнал геофизических исследований. 112 (E4): E04S04. Bibcode:2007JGRE..112.4S04R. Дои:10.1029 / 2006JE002782.
  14. ^ Иванов, М. А .; Базилевский А.Т. (1993). «Плотность и морфология ударных кратеров на рельефе тессеры, Венера». Письма о геофизических исследованиях. 20 (23): 2, 579–2, 582. Bibcode:1993GeoRL..20.2579I. Дои:10.1029 / 93GL02692.
  15. ^ Басилевский, А. Т .; Дж. У. Хед III (1995). «Глобальная стратиграфия Венеры: анализ случайной выборки из тридцати шести тестовых площадок». Планеты Земля Луна. 66 (3): 285–336. Bibcode:1995EM&P ... 66..285B. Дои:10.1007 / bf00579467.
  16. ^ а б Херрик, Р. Р. (1994). «Возрождение истории Венеры». Геология. 22 (8): 703–706. Bibcode:1994Geo .... 22..703H. Дои:10.1130 / 0091-7613 (1994) 022 <0703: rhov> 2.3.co; 2.
  17. ^ а б c Папук, А. М .; Дж. Ф. Дэвис (2012). «Временное наслоение мантии и эпизодическое поведение Венеры из-за механизма« базальтового барьера »». Икар. 217 (2): 499–509. Bibcode:2012Icar..217..499P. Дои:10.1016 / j.icarus.2011.09.024.
  18. ^ Herrick, D. L .; Э. М. Пармантье (1994). «Эпизодический крупномасштабный переворачивание двухслойной мантии на планетах земной группы». Журнал геофизических исследований. 99 (E1): 2053–2062. Bibcode:1994JGR .... 99.2053H. Дои:10.1029 / 93je03080.
  19. ^ Аркани-хамед Дж. (1994). «О тепловой эволюции Венеры». Журнал геофизических исследований. 99 (E1): 2019–2033. Bibcode:1994JGR .... 99.2019A. Дои:10.1029 / 93je03172.
  20. ^ Moresi, L.N .; Соломатов В.С. (1998). «Мантийная конвекция с хрупкой литосферой: размышления о глобальных тектонических стилях Земли и Венеры». Международный геофизический журнал. 133 (3): 669–682. Bibcode:1998GeoJI.133..669M. Дои:10.1046 / j.1365-246X.1998.00521.x.
  21. ^ Соломон, С. К. (1993). «Геофизика Венеры». Физика сегодня. 46 (7): 48–55. Bibcode:1993ФТ .... 46г..48С. Дои:10.1063/1.881359.
  22. ^ Гость, J. E .; Э. Р. Стофан (1999). «Новый взгляд на стратиграфическую историю Венеры». Икар. 139 (1): 55–66. Bibcode:1999Icar..139 ... 55G. Дои:10.1006 / icar.1999.6091.
  23. ^ Басилевский, А. Т .; и другие. (1999). «Ударные кратеры на геологических единицах северной Венеры: влияние на продолжительность перехода от тессеры к региональным равнинам». Письма о геофизических исследованиях. 26 (16): 2593–2596. Bibcode:1999GeoRL..26.2593B. Дои:10.1029 / 1999GL008329.
  24. ^ Басилевский, А. Т .; Дж. У. Хед III (1998). «Геологическая история Венеры: стратиграфический взгляд». Журнал геофизических исследований. 103 (E4): 8531–8544. Bibcode:1998JGR ... 103.8531B. Дои:10.1029 / 98JE00487.
  25. ^ Басилевский, А. Т .; Дж. У. Хед III (2006). "Ударные кратеры на региональных равнинах Венеры: возрастные отношения с морщинистыми гребнями и последствия для геологической эволюции Венеры". Журнал геофизических исследований. 111 (E3): 3006. Bibcode:2006JGRE..111.3006B. Дои:10.1029 / 2005JE002473.
  26. ^ Иванов, М. А .; Дж. У. Хед III (2008). «Формирование и эволюция Плана Лакшми, Венера: оценка моделей с использованием наблюдений из геологического картирования». Планетарная и космическая наука. 56 (15): 1949–1966. Bibcode:2008P & SS ... 56.1949I. Дои:10.1016 / j.pss.2008.09.003.