Геодинамика Венеры
 Глобальный радиолокационный вид поверхности по данным радара Магеллан в период с 1990 по 1994 год. | |||||||||||||||||
| Физические характеристики | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| Объем |
| ||||||||||||||||
| Масса |
| ||||||||||||||||
Средняя плотность | 5,243 г/см 3 | ||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| Атмосфера | |||||||||||||||||
на поверхность Давление | 92 бар (9,2 МПа ) | ||||||||||||||||
НАСА «Магеллан» Миссия космического корабля обнаружила, что Венера имеет геологически молодую поверхность с относительно однородным возрастом 500 ± 200 млн лет (миллионов лет). [3] Возраст Венеры был установлен путем наблюдения за более чем 900 ударными кратерами на поверхности планеты. Эти ударные кратеры почти равномерно распределены по поверхности Венеры и менее 10% из них изменены равнинами вулканизма или деформации. [4] Эти наблюдения показывают, что катастрофическое событие всплытия поверхности произошло на Венере около 500 млн лет назад, за которым последовало резкое снижение скорости всплытия. [5] Радиолокационные изображения миссии «Магеллан» показали, что земной тип тектоники плит на Венере не активен, и поверхность в настоящее время кажется неподвижной. [6]
Несмотря на эти поверхностные наблюдения, существует множество поверхностных особенностей, указывающих на активную конвекцию внутри. Советская высадка на Венеру показала, что поверхность Венеры по существу имеет базальтовый состав, основываясь на геохимических измерениях и морфологии вулканических потоков. [7] На поверхности Венеры преобладают узоры базальтового вулканизма, а также тектонические деформации сжатия и растяжения, такие как сильно деформированная мозаика и блиноподобные вулкано-тектонические элементы, известные как короны . [8] Поверхность планеты можно в общих чертах охарактеризовать низменными равнинами, которые покрывают около 80% поверхности, «континентальными» плато и вулканическими валами. также имеется множество мелких и крупных щитовых вулканов На поверхности планеты . Судя по особенностям ее поверхности, кажется, что Венера тектонически и конвективно жива, но имеет литосферу статическую .
Обновление гипотез
[ редактировать ]Глобальное распределение ударных кратеров, обнаруженное миссией Магеллана на Венере, привело к появлению многочисленных теорий о всплытии Венеры. Филлипс и др. (1992) разработали две концептуальные модели восстановления поверхности конечных элементов, которые описывают распределение ударных кратеров. Первая модель конечного члена предполагает, что пространственно случайное распределение кратеров может поддерживаться за счет кратковременных событий обновления поверхности большой пространственной площади, которые происходят в случайных местах с длинными промежутками времени. Особым случаем этого конечного члена могут быть глобальные события возрождения; в этом случае по текущей поверхности невозможно было бы сказать, было ли последнее глобальное событие частью повторяющегося цикла или единичным событием в истории планеты. Другим конечным моментом является то, что события всплывания на поверхность, которые уничтожают кратеры, имеют небольшую пространственную площадь, хаотично распределены и происходят часто.
По сути, это униформистская гипотеза, поскольку она предполагает, что геологическая активность происходит повсюду с одинаковой скоростью. Глобальные события, которые периодически всплывают на поверхность почти всей планеты, оставят поверхность без кратеров: кратеры затем возникают и впоследствии не изменяются до следующего глобального события. [9] События всплытия поверхности, происходящие часто повсюду, приведут к образованию на поверхности множества кратеров, находящихся в процессе всплытия. [9] Таким образом, конечные элементы можно различить, наблюдая за степенью, в которой кратеры испытали некоторую степень тектонической деформации или вулканического наводнения.
Первоначальные исследования населения кратеров показали, что только несколько процентов кратеров были сильно деформированы или разрушены последующим вулканизмом, что благоприятствует «катастрофическому обновлению поверхности» конечного члена. [4] [10] Для возникновения глобальной катастрофы был предложен ряд геофизических моделей, в том числе
- эпизодическая тектоника плит, предложенная Тюркоттом (1993). [11]
- переход от конвекции подвижной крышки к конвекции застойной крышки, предложенный Соломатовым и Морези (1996). [12]
- и быстрый переход от тонкой к толстой литосфере, предложенный Ризом и др. (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 затопленных кратеров. [10] В регионах Тессеры планеты процент кратеров немного выше обычного, но некоторые из этих кратеров кажутся сильно деформированными. [14] Эти наблюдения в сочетании с глобальными геологическими картографическими работами приводят к сценариям эволюции геологической поверхности, которые соответствуют катастрофическим геофизическим моделям. [9] Общее мнение состоит в том, что области тессеры старые и относятся к прошлому времени более интенсивной деформации поверхности; в быстрой последовательности тессера перестала деформироваться, и вулканическая деятельность затопила низменные территории; в настоящее время геологическая активность сосредоточена вдоль рифтовых зон планеты. [15] [16]
Эпизодическая тектоника плит
[ редактировать ]Тюркотт (1993) предположил, что Венера имеет эпизодическую тектонику, при которой короткие периоды быстрой тектоники разделены периодами бездействия поверхности продолжительностью порядка 500 млн лет назад. В периоды бездействия литосфера кондуктивно охлаждается и утолщается до более чем 300 км. Активный режим тектоники плит возникает, когда толстая литосфера отрывается и погружается в глубь планеты. Таким образом, крупномасштабная рециркуляция литосферы призвана объяснить события всплытия на поверхность. Эпизодические крупномасштабные перевороты могут происходить из-за стратифицированной по составу мантии, где существует конкуренция между композиционной и тепловой плавучестью верхней мантии. [17]
Этот тип наслоения мантии дополнительно подтверждается механизмом «базальтового барьера», который утверждает, что субдуцированная базальтовая кора обладает положительной плавучестью на глубинах мантии 660–750 км и отрицательной плавучестью на других глубинах и может накапливаться на дне мантии. переходная зона и вызывают расслоение мантии. [18] Разрушение слоев мантии и последующие мантийные перевороты могли бы привести к драматическим эпизодам вулканизма, образованию большого количества коры и тектонической активности на поверхности планеты, как это, как предполагалось, произошло на Венере около 500 млн лет назад, исходя из морфологии поверхности и кратеров. . [18] Катастрофическое всплытие и широко распространенный вулканизм могут быть периодически вызваны повышением температуры мантии из-за изменения граничных условий поверхности с подвижной на застойную крышку. [16]
Застойная конвекция крышки
[ редактировать ]Несмотря на категориальное разделение, все модели демонстрируют своего рода концептуальное совпадение, которое применимо и к другим. Соломатов и Морези (1996) предположили, что уменьшение конвективных напряжений привело к тому, что поверхностный покров превратился из подвижного в застойный. [12] Этот аргумент предполагает, что на нынешней поверхности Венеры зафиксирован окончательный конец переработки литосферы. Уменьшение планетарного теплового потока по мере уменьшения конвективной энергии изменило режим мантийной конвекции с подвижного на застойный. [19]
Несмотря на свою предыдущую публикацию, Морези и Соломатов (1998) использовали численные модели мантийной конвекции с температурно-зависимой вязкостью, чтобы предположить, что на промежуточных уровнях предела текучести литосферы может произойти переход от мобильного к эпизодическому конвективному режиму Венеры. [20] Они сосредоточились на эпизодическом режиме современного объяснения Венеры, согласно которому хрупкая мобилизация венерианской литосферы может быть эпизодической и катастрофической.
Переход от тонкой к толстой литосфере
[ редактировать ]Риз и др. (2007) предложили модель обновления поверхности планеты, согласно которой истончение литосферы и повсеместное таяние следуют за переходом от подвижной крышки к конвекции застойной крышки. [13] Эти параметризованные модели конвекции предполагают, что прекращение магматического обновления поверхности может происходить несколькими способами: (1) температура мантии падает настолько, что адиабатический подъем мантии не пересекает солидус, (2) расплавленный слой мигрирует ниже инверсии плотности твердого тела/расплава. на высоте 250–500 км, чтобы расплав не мог уйти, и (3) подлитосферная мелкомасштабная конвекция прекращается, а проводящее утолщение крышки подавляет плавление. В каждом случае свою роль играет неспособность магмы проникнуть в утолщенную венерианскую литосферу. Однако было высказано предположение, что на поверхности Венеры наблюдается непрерывный, но геологически быстрый спад тектонической активности из-за векового охлаждения планеты, и что для объяснения потери тепла не требуется никакого катастрофического события всплытия на поверхность. [21]
Гипотеза направленной истории
[ редактировать ]В серии последующих статей Базилевский и его коллеги подробно разработали модель, которую Гест и Стофан (1999) [22] названную «направленной историей» эволюции Венеры. [23] [24] [25] Общая идея состоит в том, что существует глобальная стратиграфия, которая развивается от сильно деформированной тессеры к сильно деформированным, затем умеренно деформированным равнинам, а затем к недеформированным равнинам. [9] Самая последняя активность сосредоточена вблизи крупных рифтовых зон, которые имеют тенденцию пересекаться с крупными щитовыми вулканами.
Если модель направленного развития верна, то эволюция должна была быть медленной, а время событий должно было значительно перекрываться. Верная интерпретация конечного члена состоит в том, что население кратеров по-прежнему представляет собой население, населяющее в основном неактивную планету, но последние муки глобального образования вулканических равнин заполнили большинство кратеров вулканическими потоками длиной в несколько сотен метров. Если это правда, то появление посттессерных равнин должно было продолжаться на протяжении большей части видимой истории поверхности планеты, и прекращение деформации тессеры должно было в значительной степени совпадать с появлением равнин. Таким образом, хотя эволюция тессеры/равнин/рифтов является обоснованной гипотезой, эта эволюция не могла произойти как «катастрофа». Сильно различающиеся уровни послеударного вулканизма и деформации, которые испытали кратеры, согласуются с устойчивой моделью выхода на поверхность Венеры. Кратеры находятся на разных стадиях удаления, но демонстрируют те же процессы, которые происходили на протяжении всей истории видимой поверхности. Мощным ограничением остается то, что распределение геологических объектов на планете (равнины, вулканы, рифты и т. д.) явно более неравномерно, чем население кратеров. Это означает, что, хотя в униформистской гипотезе характер всплытия на поверхность Венеры может варьироваться в зависимости от региона, темпы должны быть одинаковыми. [9]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Зайдельманн, П. Кеннет; Аринал, Брент А.; А'Хирн, Майкл Ф.; и др. (2007). «Отчет рабочей группы IAU/IAG по картографическим координатам и элементам вращения: 2006» . Небесная механика и динамическая астрономия . 98 (3): 155–180. Бибкод : 2007CeMDA..98..155S . дои : 10.1007/s10569-007-9072-y .
- ^ Уильямс, Дэвид Р. (1 июля 2013 г.). «Информационный бюллетень о Венере» . НАСА . Проверено 20 апреля 2014 г.
- ^ Филлипс, Р.; Раубертас, Ричард Ф.; Арвидсон, Раймонд Э.; Саркар, Ила К.; Херрик, Роберт Р.; Изенберг, Ноам; Гримм, Роберт Э. (1992). «Ударные кратеры и история возрождения Венеры». Журнал геофизических исследований . 97 (10): 15923. Бибкод : 1992JGR....9715923P . дои : 10.1029/92JE01696 .
- ^ Jump up to: а б Шабер, Г.Г.; Стром, Р.Г.; Мур, HJ; Содерблом, Луизиана; Кирк, РЛ; Чедвик, диджей; Доусон, Д.Д.; Гэддис, ЛР; Бойс, Дж. М.; Рассел, Джоэл (1992). «Геология и распределение ударных кратеров на Венере - о чем они нам говорят». Журнал геофизических исследований . 97 (Е8): 13257–13301. Бибкод : 1992JGR....9713257S . дои : 10.1029/92JE01246 .
- ^ Тюркотт, ДЛ; Г. Морейн; Д. Робертс; Б.Д. Маламуд (1999). «Катастрофическое всплытие и эпизодическая субдукция на Венере» . Икар . 139 (1): 49–54. Бибкод : 1999Icar..139...49T . дои : 10.1006/icar.1999.6084 .
- ^ Соломон, Южная Каролина; и др. (1992). «Тектоника Венеры - Обзор наблюдений Магеллана». Журнал геофизических исследований . 97 (8): 13199–13255. Бибкод : 1992JGR....9713199S . дои : 10.1029/92je01418 .
- ^ Базилевский А.; и др. (1985). «Поверхность Венеры, обнаруженная при посадке на Венеру». Бюллетень Геологического общества Америки . 96 (1): 137–144. Бибкод : 1985GSAB...96..137B . doi : 10.1130/0016-7606(1985)96<137:tsovar>2.0.co;2 .
- ^ Базилевский А.; Дж. Хед (2003). «Поверхность Венеры». Отчеты о прогрессе в физике . 66 (10): 1699–1734. Бибкод : 2003РПФ...66.1699Б . дои : 10.1088/0034-4885/66/10/r04 .
- ^ Jump up to: а б с д и Херрик, РР; М. Е. Румпф (2011). «Постимпактная модификация венерианских кратеров вулканическими или тектоническими процессами как правило, а не исключение» . Журнал геофизических исследований . 116 (E2): 2004. Бибкод : 2011JGRE..116.2004H . дои : 10.1029/2010JE003722 .
- ^ Jump up to: а б Херрик, РР; Р. Дж. Филлипс (1994). «Последствия глобального исследования ударных кратеров Венеры». Икар . 111 (2): 387–416. Бибкод : 1994Icar..111..387H . дои : 10.1006/icar.1994.1152 .
- ^ Теркотт, Д.Л. (1993). «Эпизодическая гипотеза венерианской тектоники». Журнал геофизических исследований . 98 (E9): 17, 061–17, 068. Бибкод : 1993JGR....9817061T . дои : 10.1029/93je01775 .
- ^ Jump up to: а б Соломатов В.С.; Л.-Н. Морези (1996). «Застойная конвекция крышки на Венере». Журнал геофизических исследований . 101 (E2): 4, 737–4, 753. Бибкод : 1996JGR...101.4737S . дои : 10.1029/95je03361 .
- ^ Jump up to: а б Риз, CC; и др. (2007). «Механизмы прекращения магматического всплытия на Венере». Журнал геофизических исследований . 112 (Е4): E04S04. Бибкод : 2007JGRE..112.4S04R . дои : 10.1029/2006JE002782 .
- ^ Иванов, М.А.; А. Т. Базилевский (1993). «Плотность и морфология ударных кратеров на поверхности Тессеры, Венера». Письма о геофизических исследованиях . 20 (23): 2, 579–2, 582. Бибкод : 1993GeoRL..20.2579I . дои : 10.1029/93GL02692 .
- ^ Базилевский А.Т.; JW Head III (1995). «Глобальная стратиграфия Венеры: анализ случайной выборки из тридцати шести тестовых областей». Земля Луна Планеты . 66 (3): 285–336. Бибкод : 1995EM&P...66..285B . дои : 10.1007/bf00579467 .
- ^ Jump up to: а б Херрик, Р.Р. (1994). «Возрождение истории Венеры». Геология . 22 (8): 703–706. Бибкод : 1994Geo....22..703H . doi : 10.1130/0091-7613(1994)022<0703:rhov>2.3.co;2 .
- ^ Херрик, Д.Л.; Э. М. Пармантье (1994). «Эпизодический крупномасштабный переворот двухслойной мантии планет земной группы». Журнал геофизических исследований . 99 (Е1): 2053–2062. Бибкод : 1994JGR....99.2053H . дои : 10.1029/93je03080 .
- ^ Jump up to: а б Папук, AM; Г. Ф. Дэвис (2012). «Переходное расслоение мантии и эпизодическое поведение Венеры из-за механизма« базальтового барьера »». Икар . 217 (2): 499–509. Бибкод : 2012Icar..217..499P . дои : 10.1016/j.icarus.2011.09.024 .
- ^ Аркани-Хамед, Дж. (1994). «О тепловой эволюции Венеры». Журнал геофизических исследований . 99 (Е1): 2019–2033 гг. Бибкод : 1994JGR....99.2019A . дои : 10.1029/93je03172 .
- ^ Морези, Л.Н.; В.С. Соломатов (1998). «Мантийная конвекция с хрупкой литосферой: мысли о глобальных тектонических стилях Земли и Венеры» . Международный геофизический журнал . 133 (3): 669–682. Бибкод : 1998GeoJI.133..669M . дои : 10.1046/j.1365-246X.1998.00521.x .
- ^ Соломон, Южная Каролина (1993). «Геофизика Венеры». Физика сегодня . 46 (7): 48–55. Бибкод : 1993ФТ....46г..48С . дои : 10.1063/1.881359 .
- ^ Гость, Дж. Э.; Э. Р. Стофан (1999). «Новый взгляд на стратиграфическую историю Венеры». Икар . 139 (1): 55–66. Бибкод : 1999Icar..139...55G . дои : 10.1006/icar.1999.6091 .
- ^ Базилевский А.Т.; и др. (1999). «Ударные кратеры на геологические образования северной Венеры: последствия для продолжительности перехода от тессеры к региональным равнинам» . Письма о геофизических исследованиях . 26 (16): 2593–2596. Бибкод : 1999GeoRL..26.2593B . дои : 10.1029/1999GL008329 .
- ^ Базилевский А.Т.; JW Head III (1998). «Геологическая история Венеры: стратиграфический взгляд». Журнал геофизических исследований . 103 (Е4): 8531–8544. Бибкод : 1998JGR...103.8531B . дои : 10.1029/98JE00487 .
- ^ Базилевский А.Т.; JW Head III (2006). «Ударные кратеры на региональных равнинах Венеры: возрастные связи с морщинистыми хребтами и последствия для геологической эволюции Венеры» . Журнал геофизических исследований . 111 (E3): 3006. Бибкод : 2006JGRE..111.3006B . дои : 10.1029/2005JE002473 .
- ^ Иванов, М.А.; JW Head III (2008). «Формирование и эволюция Плана Лакшми, Венера: оценка моделей с использованием наблюдений геологического картирования». Планетарная и космическая наука . 56 (15): 1949–1966. Бибкод : 2008P&SS...56.1949I . дои : 10.1016/j.pss.2008.09.003 .
