Тектоника на ледяных лунах
Целью этой статьи является предоставление обзора различных аспектов тектоники ледяных лун .
Общая информация
[ редактировать ]Магматическую активность на ледяных лунах можно определить как таяние, подъем и затвердевание жидкостей, особенно воды и ее ледяных полиморфов. [ 1 ] Тектонические особенности ледяных литосфер возникают в результате глобальных и региональных напряжений, действующих на внутреннюю часть Луны. [ 1 ] Разломы ледяной литосферы влияют на механизмы реакции литосферы на стресс. [ 1 ] Неразломанная ледяная литосфера имеет большую прочность на сдвиг, чем прочность на растяжение, и, соответственно, деформация сжатия должна возникать в результате разрушения сдвига и вызывать надвиговые и сдвиговые нарушения. [ 1 ] И наоборот, предварительно разрушенный лед имеет гораздо меньшую прочность на сдвиг, а напряжение растяжения приведет к образованию нормальных разломов и грабена. [ 1 ]
Остаточное тепло от аккреции является одним из возможных источников внутреннего тепла ледяных лун. Но только спутники с радиусом более 2000 км считаются достаточно массивными, чтобы растопить чистый водяной лед во внешних слоях. [ 1 ] Приливное нагревание и распад радиоактивных элементов — еще один возможный источник внутреннего тепла на ледяных лунах. [ 1 ] Нагревание холодных недр приведет к расширению спутника и возникновению растягивающего напряжения на поверхности. [ 1 ] Охлаждение, с другой стороны, вызовет сжатие и сжатие. [ 1 ] Мантийная конвекция, вероятно, имела место на большинстве ледяных лун, но не является важным источником напряжения литосферы. [ 1 ]
Удары астероидов и комет являются еще одним источником тепловой и сейсмической энергии на ледяных лунах. [ 1 ] Удары могут привести к образованию луж расплава, реактивации старых разломов и/или трещин, а также деформации региона, противоположного месту удара. [ 1 ] Удары могут вызвать три основных типа трещин на ледяной луне: (1) глобальная система радиально-симметричных трещин, исходящих из места удара, (2) концентрические и радиальные трещины и (3) обрушение ударного бассейна с радиальными и концентрическими впадинами. . [ 1 ]
Большинство ледяных спутников вращаются синхронно. [ 1 ] Если при формировании спутник вращался быстрее, то в течение 1 000–1 000 000 лет вращение становится синхронным из-за приливного трения. [ 1 ] Уменьшение скорости вращения уменьшает сжатие ледяной луны, что уменьшает основное напряжение в направлении север-юг, тем самым создавая дайки, простирающиеся с востока на запад. [ 1 ] Если приливное трение приводит к разрушению литосферы, следует ожидать особенностей растяжения с востока на запад вблизи полюсов, особенностей сдвига северо-востока/северо-запада в средних широтах и особенностей сжатия с севера на юг на экваторе. [ 1 ] Передача углового момента от планеты к вращающейся луне приводит к тому, что орбитальное расстояние луны со временем увеличивается. [ 1 ] В результате увеличения орбитального расстояния приливная выпуклость уменьшается. [ 1 ] Эти напряжения должны вызывать сжатие в положениях, обращенных к планете и антиподах, растяжение на полюсах и сдвиги, ориентированные на северо-восток/северо-запад в других местах. [ 1 ]
Механизмы тектоники плит на ледяных лунах, особенно тектоники земных плит, не получили широкого согласия и не до конца понятны. [ 2 ] Предполагается, что тектоника плит на Земле обусловлена «притяжением плит», когда опускание более плотной погружающейся плиты обеспечивает силу расширения срединно-океанических хребтов. [ 2 ] «Толчок хребта» сравнительно слаб в тектонике земных плит. [ 2 ] На ледяных лунах много элементов растяжения, а элементов сжатия редки. [ 2 ] Кроме того, трудно объяснить погружение менее плотного льда в более плотную жидкость. [ 1 ] Моделирование баланса сил предполагает, что субдукция, вероятно, создаст крупномасштабное топографическое воздействие на ледяные спутники, поскольку выталкивающая сила на несколько порядков превышает силы субдукции. [ 2 ] Разрушение и движение пластин легче объяснить изменениями объема и движением ледяной оболочки, которое отделено от внутреннего движения. [ 2 ]
Тектонические и вулканические особенности
[ редактировать ]Наборы желобов и уступов
[ редактировать ]Линейные впадины, цепочки ям и уступы в согласованной ориентации наблюдались на Мимасе, Тефиде, Рее, Япете, Умбриэле, Европе и Ганимеде. Считается, что эти особенности образовались в результате ударов или приливных сил. [ 1 ]
Уступы и впадины, пересекающие древний материал
[ редактировать ]Эти особенности внешне похожи на наборы желобов и уступов, но геологически отличаются от местности, по которой они пересекают. Считается, что желоба представляют собой более молодой материал. Эти особенности считаются нормальными разломами и рифтами, образованными тектоникой растяжения. [ 1 ] Однако на Дионе и Тефиде сильные удары могли привести к образованию пересекающих уступов и впадин. [ 1 ]
Линейные и криволинейные гребни
[ редактировать ]Хребты встречаются редко, но наблюдались на Рее, Дионе и Ганимеде. Считается, что гребни образуются в результате сжатия или транспрессии. [ 1 ]
Концентрические и радиальные уступы и борозды.
[ редактировать ]Предполагается, что обрушившиеся ударные бассейны образуют концентрические и радиальные уступы. Кольцевая система Валгаллы на Каллисто является одним из наиболее хорошо сохранившихся примеров этих особенностей. На темной местности Ганимеда появляются концентрические борозды, но только в виде впадин и без уступов. [ 1 ]
Вулканизм
[ редактировать ]Четыре процесса могут вызвать вулканическую активность на ледяных лунах: (1) мантийная конвекция, (2) отрицательный диапиризм, (3) образование ударных кратеров и (4) антиподальное разрушение в ответ на сильный удар. [ 1 ] Наиболее убедительные доказательства вулканизма обнаружены в многоугольных коронах на Миранде, большой, раздробленной и всплывшей на поверхность области, окруженной сильно кратерированной областью.
Рифленая местность
[ редактировать ]Рифленый рельеф относится к объектам, которые параллельны или субпараллельны, рассекают более старый рельеф, часто связаны с более светлым рельефом и представляют собой структуры с отрицательным рельефом, а не приподнятыми. [ 1 ] Отрицательная топография предполагает, что эти особенности образовались в результате глобального расширения ледяной луны, хотя некоторые предполагают, что особенности образовались в результате реактивации более старых структур. [ 1 ]
Наблюдения
[ редактировать ]Европа
[ редактировать ]
Снимки миссии «Вояджер-2» и «Галилео» показали сильно изломанную поверхность Европы, лишенную кратеров, что позволяет предположить, что поверхность регулярно молода и подвержена обновлению. [ 3 ] Полосы расширения морфологически похожи на расширяющиеся хребты на Земле и, следовательно, позволяют предположить, что теплый лед поднимается вверх, образуя полосы. Однако особенности деформации сжатия редки и слишком малы, чтобы компенсировать распространение из полос растяжения. [ 3 ] Механизм субдукции является ключом к гипотезе ледовой тектоники Европы. Чтобы произошла субдукция, конвекция внутри или под ледяной коркой должна создавать напряжения, превышающие прочность вышележащей ледяной корки. [ 3 ] Но чтобы выдвинуть обоснованную гипотезу тектоники, необходимо объяснить, как лед опускается под поверхность. [ 3 ] Если пористость коры льда превышает ~1%, субдукция маловероятна, но высокие концентрации соли во льду делают возможной субдукцию с пористостью до 10%. [ 3 ] Субдукция может произойти, если разница в содержании соли между перекрывающей и погружающейся плитой превышает 5%. [ 3 ] Однако процессы и условия, инициирующие субдукцию, до сих пор плохо объяснены.
Ледяная корка Европы может быть разрушена приливными воздействиями Юпитера, и была выдвинута гипотеза, что жидкая вода может достичь поверхности через эти трещины. [ 4 ] Однако давление покрывающего слоя льда в земной коре превышает приливные напряжения на глубинах более 35 м ниже поверхности льда, тем самым ограничивая глубину, на которой могут распространяться трещины, вызванные приливами. [ 4 ] Кроме того, жидкая вода в любых трещинах быстро замерзнет. Следовательно, источник, отличный от приливного воздействия, должен подвергать кору напряжению, чтобы трещины распространялись глубоко. Приливы могут вызвать сдвиговое движение вдоль трещин, и это боковое движение приведет к выделению тепла внутри трещины и сделает лед более восприимчивым к пластическому течению. [ 4 ] Более теплый и менее вязкий лед вдоль трещин менее плотный, чем окружающий лед, и может течь вверх к поверхности. [ 4 ] Расплав, образующийся внутри этих разломов, может некоторое время существовать вблизи поверхности, а затем просачиваться вниз в подземный океан в течение тысяч лет. [ 4 ]
Усеченные элементы поверхности позволяют предположить, что субдукция на Европе может происходить вдоль табличных зон. [ 5 ] В отличие от субдукции на Земле, различий в прочности и относительной плотности европейского льда, маловероятно, что погружающаяся ледяная плита «втягивается» в подземный океан. [ 5 ] Вместо этого он, скорее всего, включен в состав льда, составляющего верхнюю плиту. [ 5 ] Элементы поверхности, пересекающие таблитчатые зоны, не продолжаются на другую сторону, в отличие от сдвигов и разломов растяжения. [ 5 ]
Сдвиги в северном полушарии Европы преимущественно левосторонние, а в южном полушарии – преимущественно правосторонние. [ 6 ] Эта дихотомия становится тем более выраженной, чем дальше разлом от экватора. [ 6 ] Чтобы объяснить это, гипотеза оболочечной тектоники описывает механизм сдвигового движения по разломам, вызванный приливными силами Юпитера. [ 6 ] Численное моделирование сдвиго-раковинной тектоники хорошо согласуется с наблюдениями. [ 6 ] Однако модель оболочковой тектоники требует, чтобы на поверхности уже существовало значительное количество трещин или разломов. [ 6 ]
Конвекция и адвекция внутри жидкого океана могут переносить и замораживать жидкую воду в ледяной корке, и этот материал океанского происхождения потенциально может достичь поверхности. [ 7 ] Однако силы, вызывающие растяжение ледяной корки, недостаточно известны. Притяжение плиты, когда погружающаяся ледяная плита разрывает кору на расходящихся границах, вряд ли приведет к расширению, поскольку лед менее плотен, чем жидкая вода, и, следовательно, не может погружаться в подземный океан. [ 7 ]
Ганимед
[ редактировать ]На Ганимеде есть две основные геологические единицы: «темная» местность и «светлая» местность. Предполагается, что светлая местность моложе, поскольку на ней меньше кратеров, чем на темной местности. [ 8 ] Рельеф ярко освещенной местности в некоторых регионах имеет множество линейных борозд, а в других он кажется гладким. [ 8 ] Появление гладкой местности может быть артефактом изображений «Вояджера-2» с низким разрешением. [ 8 ] Предполагается, что яркие полосы образуются в результате тектонического распространения, возможно, аналогичного распространению срединно-океанических хребтов или распространению земных рифтов. [ 8 ] В некоторых регионах на светлой местности встречаются темные участки местности. [ 8 ] Парментье и др. (1982) предполагают, что светлый материал местности затопил темный ландшафт, оставив темные топографические максимумы в виде наблюдаемых темных пятен, окруженных светлым ландшафтом на более низких высотах. [ 8 ] Парментье и др. (1982) обнаружили, что на Ганимеде не наблюдается распространения срединно-океанических хребтов, ссылаясь на наблюдения за плохо согласованными остатками кратеров и плохо подходящим полигональным рельефом в регионах, разделенных разломами. [ 8 ] Вместо этого особенности смещения и свидетельства наводнений предполагают, что конечный литосферный рифтинг создал яркий ландшафт. [ 8 ] Парментье и др. (1982) пришли к выводу, что темная местность представляет собой смесь льда и силиката, которая немного более плотна, чем чистый водяной лед. Расширение темной местности приводит к тому, что менее плотный водяной лед выдавливается вверх, образуя линейные и кривые разломы светлой местности. [ 8 ] Длинные узкие бороздки появляются как на яркой, так и на темной местности, но их больше на светлой местности. [ 8 ] Канавки обычно симметричны, что предполагает, что они представляют собой элементы растяжения, а не элементы сжатия, такие как складки или надвиги. [ 8 ]
Хед и др. (2002) повторно исследовали возможные механизмы формирования светлых и темных ландшафтов на Ганимеде, используя изображения миссии Galileo с более высоким разрешением, уделяя особое внимание тому, являются ли гладкие области, описанные в Parmentier et al. (1982) образуются методом криовулканического заполнения. [ 9 ] Многие из гладких областей, наблюдаемых на изображениях «Вояджера-2», выглядят такими из-за низкого разрешения изображения. [ 9 ] Вместо этого эти «гладкие» регионы содержат меньшие линейные гребни и впадины. [ 9 ] Наличие гладкой местности было ключом к гипотезе криовулканического заполнения, а наличие хребтов и впадин в этих регионах представляет собой серьезную проблему для этой гипотезы. [ 9 ] На снимках Галилео не обнаружено никаких лопастных элементов или жерл, указывающих на криовулканический поток. [ 9 ] Более того, в регионах как с яркой, так и с темной местностью яркая местность топографически выше. [ 9 ] Эти наблюдения требуют тектонической деформации, возможно, в дополнение к криовулканизму, чтобы объяснить яркие области. [ 9 ]
Линейные бороздки и борозды длиной в тысячи километров образуют на поверхности Ганимеда концентрические дуги. [ 10 ] Росси и др. (2018) провели детальное тектоническое исследование Ганимеда, используя комбинацию изображений миссии «Вояджер-2» и миссии «Галилео», чтобы создать эволюционную тектоническую модель для региона Урукской борозды. [ 10 ] Правосторонние разломы образуют сигмовидные структуры в зоне сдвига, где силы растяжения создают линейные канавки и бороздки. [ 10 ]
Многочисленные свидетельства сдвиговых разломов на Ганимеде существуют как на светлой, так и на темной местности. [ 11 ] Такие разломы могут обнажить свежий светлый лед на темной местности. [ 11 ] Поля картированных разломов могут свидетельствовать о том, как характер напряжений менялся во времени, образуя рельеф. [ 11 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа аб и Мурчи, Скотт Л. (1 января 1990 г.). «Тектоника ледяных спутников» . Достижения в космических исследованиях . 10 (1): 173–182. Бибкод : 1990АдСпР..10а.173М . дои : 10.1016/0273-1177(90)90101-5 . ISSN 0273-1177 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Хауэлл, Сэмюэл М.; Паппалардо, Роберт Т. (01 апреля 2019 г.). «Может ли земная тектоника плит возникнуть в ледяных панцирях океанского мира?» . Икар . 322 : 69–79. Бибкод : 2019Icar..322...69H . дои : 10.1016/j.icarus.2019.01.011 . ISSN 0019-1035 . S2CID 127545679 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Каттенхорн, Саймон А. (2018). «Комментарий: возможность субдукции и последствия тектоники плит на Европе, спутнике Юпитера» . Журнал геофизических исследований: Планеты . 123 (3): 684–689. Бибкод : 2018JGRE..123..684K . дои : 10.1002/2018JE005524 . ISSN 2169-9100 .
- ^ Jump up to: а б с д и Гайдос, Эрик Дж.; Ниммо, Фрэнсис (июнь 2000 г.). «Тектоника и вода на Европе» . Природа . 405 (6787): 637. дои : 10.1038/35015170 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 10864313 . S2CID 4384501 .
- ^ Jump up to: а б с д Каттенхорн, Саймон А.; Проктер, Луиза М. (октябрь 2014 г.). «Доказательства субдукции ледяного панциря Европы» . Природа Геонауки . 7 (10): 762–767. Бибкод : 2014NatGe...7..762K . дои : 10.1038/ngeo2245 . ISSN 1752-0908 .
- ^ Jump up to: а б с д и Роден, Алисса Роуз; Вурман, Галаад; Хафф, Эрик М.; Манга, Майкл; Херфорд, Терри А. (01 марта 2012 г.). «Раковинная тектоника: механическая модель сдвигового смещения Европы» . Икар . 218 (1): 297–307. Бибкод : 2012Icar..218..297R . дои : 10.1016/j.icarus.2011.12.015 . hdl : 2060/20140005704 . ISSN 0019-1035 . S2CID 39661090 .
- ^ Jump up to: а б Грин, Остин; Монтези, Лоран; Купер, Кэтрин (2020). «Рост ледяной оболочки Европы: конвекция и кристаллизация» . Рефераты с программами Геологического общества Америки. Геологическое общество Америки. дои : 10.1130/abs/2020am-359200 . S2CID 242196353 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к Парментье, ЕМ; Сквайрс, Юго-Запад; Руководитель, JW; Эллисон, ML (январь 1982 г.). «Тектоника Ганимеда» . Природа . 295 (5847): 290–293. Бибкод : 1982Natur.295..290P . дои : 10.1038/295290a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 4341512 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Руководитель, Джеймс; Паппалардо, Роберт; Коллинз, Джеффри; Белтон, Майкл Дж.С.; Гизе, Бернд; Вагнер, Роланд; Бренеман, Герберт; Спаун, Николь; Никсон, Брайан; Нойкум, Герхард; Мур, Джеффри (2002). «Свидетельства тектонического изменения поверхности Ганимеда, подобного европейскому» . Письма о геофизических исследованиях . 29 (24): 4–1–4-4. Бибкод : 2002GeoRL..29.2151H . дои : 10.1029/2002GL015961 . ISSN 1944-8007 . S2CID 14638612 .
- ^ Jump up to: а б с Росси, Констанция; Чианфарра, Паола; Сальвини, Франческо; Митри, Иосиф; Массе, Марион (06 декабря 2018 г.). «Свидетельства транспрессионной тектоники в регионе Урук-Сулькус, Ганимед» . Тектонофизика . 749 : 72–87. Бибкод : 2018Tectp.749...72R . дои : 10.1016/j.tecto.2018.10.026 . ISSN 0040-1951 . S2CID 135042744 .
- ^ Jump up to: а б с Кэмерон, Марисса Э.; Смит-Контер, Бриджит Р.; Буркхард, Лилиан; Коллинз, Джеффри К.; Зейферт, Фиона; Паппалардо, Роберт Т. (15 ноября 2018 г.). «Морфологическое картирование Ганимеда: исследование роли сдвиговой тектоники в эволюции типов местности» . Икар . 315 : 92–114. Бибкод : 2018Icar..315...92C . дои : 10.1016/j.icarus.2018.06.024 . ISSN 0019-1035 . S2CID 125288991 .