Вулканизм на Ио

Вулканизм на Ио , спутнике Юпитера , представлен наличием вулканов , вулканических ям и потоков лавы на поверхности. Линдой Вулканическая активность Ио была обнаружена в 1979 году Морабито , специалистом по визуализации, работавшим на "Вояджере-1" . [ 1 ] Наблюдения за Ио с помощью пролетающих мимо космических аппаратов и наземных астрономов выявили более 150 действующих вулканов. По состоянию на 2024 год [update]На основании этих наблюдений прогнозируется существование до 400 таких вулканов. [ 2 ] Ио Вулканизм делает этот спутник одним из четырех известных в настоящее время вулканически или криовулканически активных миров в Солнечной системе (остальные — это Земля , Энцелад спутник Сатурна и спутник Тритон Нептуна ) .
Впервые предсказанный незадолго до пролёта «Вояджера-1» , источником тепла для вулканизма Ио является приливный нагрев, вызванный её вынужденным эксцентриситетом орбиты . [ 3 ] Это отличается от внутреннего нагрева Земли , который происходит в основном за счет распада радиоактивного изотопа и первичного тепла аккреции . [ 4 ] Эксцентричная орбита Ио приводит к небольшой разнице в гравитационном притяжении Юпитера к спутнику между его ближайшей и самой дальней точками на его орбите, вызывая различную приливную выпуклость. Это изменение формы Ио вызывает фрикционный нагрев внутри его. Без этого приливного нагрева Ио мог бы быть похож на Луну — мир такого же размера и массы, геологически мертвый и покрытый многочисленными ударными кратерами. [ 3 ]
Вулканизм Ио привел к образованию сотен вулканических центров и обширных лавовых образований, что сделало его самым вулканически активным телом в Солнечной системе . три различных типа извержений вулканов Были идентифицированы , различающихся продолжительностью, интенсивностью, скоростью излияния лавы и тем, происходит ли извержение внутри вулканической ямы (известной как патера ). Потоки лавы на Ио длиной в десятки или сотни километров имеют преимущественно базальтовый состав, подобный лавам, наблюдаемым на Земле в щитовых вулканах, таких как Килауэа на Гавайях . [ 5 ] Хотя большая часть лавы на Ио состоит из базальта, было замечено несколько потоков лавы, состоящих из серы и диоксида серы. Кроме того, были обнаружены температуры извержения до 1600 К (1300 ° C; 2400 ° F), что можно объяснить извержением высокотемпературных ультраосновных силикатных лав. [ 6 ]
В результате присутствия значительного количества сернистых материалов в коре Ио и на ее поверхности некоторые извержения выбрасывают серу, сернистый газ и пирокластический материал на расстояние до 500 километров (310 миль) в космос, образуя большие вулканические образования зонтичной формы. шлейфы. [ 7 ] Этот материал окрашивает окружающую местность в красный, черный и/или белый цвет и обеспечивает материал для неоднородной атмосферы Ио и обширной магнитосферы Юпитера. Космические корабли, летавшие над Ио с 1979 года, наблюдали многочисленные изменения поверхности в результате вулканической активности Ио. [ 8 ]
Дальнейшие наблюдения с помощью орбитального аппарата «Юнона» были сделаны во время пролета 3 февраля 2024 года. вулканизма и вулканических шлейфов на Ио [ 9 ]
Открытие
[ редактировать ]
До встречи «Вояджера-1» с Ио 5 марта 1979 года Ио считалось мертвым миром, очень похожим на Луну . Открытие облака натрия, окружающего Ио, привело к появлению теорий о том, что спутник будет покрыт эвапоритами . [ 10 ]
Намеки на грядущие открытия возникли в результате наземных инфракрасных наблюдений, проведенных в 1970-х годах. Аномально высокий тепловой поток , по сравнению с другими спутниками Галилея , был обнаружен во время измерений, проведенных на инфракрасной длине волны 10 мкм , когда Ио находилась в тени Юпитера. [ 11 ] В то время этот тепловой поток приписывался поверхности, имеющей гораздо более высокую тепловую инерцию , чем у Европы и Ганимеда . [ 12 ] Эти результаты значительно отличались от измерений, проведенных на длинах волн 20 мкм, что предполагало, что свойства поверхности Ио были аналогичны свойствам поверхности других галилеевых спутников. [ 11 ] Роберт Нельсон и Брюс Хапке попытались объяснить эти особенности спектра Ио, предположив, что фумарольная активность является механизмом образования аллотропов серы с короткой цепью на поверхности Ио. [ 13 ] : 9 С тех пор было установлено, что больший поток на более коротких длинах волн был обусловлен совокупным потоком вулканов Ио и солнечным нагревом, тогда как солнечный нагрев обеспечивает гораздо большую долю потока на более длинных волнах. [ 14 ] Резкое увеличение теплового излучения Ио на длине волны 5 мкм наблюдалось 20 февраля 1978 г. Виттеборном и др. Группа рассмотрела вулканическую активность в то время, и в этом случае данные были уложены в область на Ио площадью 8000 квадратных километров (3100 квадратных миль) при температуре 600 K (300 ° C; 600 ° F). Однако авторы сочли эту гипотезу маловероятной и вместо этого сосредоточились на излучении от взаимодействия Ио с магнитосферой Юпитера. [ 15 ]
Незадолго до с «Вояджером-1» встречи Стэн Пил , Патрик Кассен и Р.Т. Рейнольдс опубликовали в журнале Science статью, в которой предсказывали вулканически измененную поверхность и дифференцированную внутреннюю часть с отдельными типами пород, а не с однородной смесью. Они основали это предсказание на моделях внутренней части Ио, которые приняли во внимание огромное количество тепла, выделяемого изменяющимся приливным притяжением Юпитера к Ио, вызванным его слегка эксцентричной орбитой. Их расчеты показали, что количество тепла, выделяемого Ио с однородной внутренней частью, будет в три раза больше, чем количество тепла, выделяемого только в результате распада радиоактивного изотопа . Этот эффект был бы еще сильнее при дифференцированном Ио. [ 3 ]

Первые изображения Ио, сделанные «Вояджером-1» , показали отсутствие ударных кратеров , что указывает на очень молодую поверхность. Кратеры используются геологами для оценки возраста поверхности планеты ; количество ударных структур увеличивается с возрастом поверхности планеты. Вместо этого «Вояджер-1» наблюдал разноцветную поверхность, испещренную впадинами неправильной формы, на которой отсутствовали приподнятые края, характерные для ударных кратеров. «Вояджер-1» также наблюдал особенности потока, образованные жидкостью с низкой вязкостью и высокими изолированными горами, не похожими на земные вулканы. Наблюдаемая поверхность позволила предположить, что, как и предполагали Пил и его коллеги, Ио сильно изменился в результате вулканизма. [ 16 ]
8 марта 1979 года, через три дня после прохождения Юпитера, «Вояджер-1» сделал снимки спутников Юпитера, чтобы помочь диспетчерам миссии определить точное местоположение космического корабля. Этот процесс называется оптической навигацией. Обрабатывая изображения Ио, чтобы улучшить видимость звезд на заднем плане, инженер-навигатор Линда Морабито облако высотой 300 километров (190 миль) обнаружила вдоль его края . [ 1 ] Сначала она подозревала, что это облако — это луна позади Ио, но в этом месте не было тела подходящего размера. Было установлено, что это шлейф, образовавшийся в результате активного вулканизма в темной депрессии, позже названной Пеле . [ 17 ] После этого открытия на "Вояджером", изображениях Ио, сделанных были обнаружены еще восемь шлейфов. Эти шлейфы позже были названы в честь мифологических божеств, связанных с огнем, вулканами или хаосом: Локи (два отдельных шлейфа), Прометей , Велунд, Амирани , Мауи , Мардук и Масуби . [ 13 ] : 13 Также было обнаружено тепловое излучение из нескольких источников, свидетельствующее о остывающей лаве. [ 18 ] Изменения поверхности наблюдались, когда изображения, полученные " Вояджером-2", сравнивались с изображениями, полученными четырьмя месяцами ранее "Вояджером-1" , включая новые отложения шлейфа в Атен-Патера и Сурт . [ 19 ]
Источник тепла
[ редактировать ]Основным источником внутреннего тепла Ио являются приливные силы, создаваемые гравитационным притяжением Юпитера. [ 3 ] Этот внешний нагрев отличается от внутреннего источника тепла при вулканизме на Земле, который является результатом распада радиоактивного изотопа и остаточного тепла от аккреции . [ 4 ] [ 20 ] На Земле эти внутренние источники тепла вызывают мантийную конвекцию , которая, в свою очередь, вызывает вулканизм через тектонику плит . [ 21 ]
Приливный нагрев Ио зависит от ее расстояния от Юпитера, эксцентриситета ее орбиты , состава ее внутренней части и ее физического состояния. [ 22 ] Его орбитальный резонанс по Лапласу с Европой и Ганимедом поддерживает эксцентриситет Ио и не позволяет приливной диссипации внутри Ио сделать круговую орбиту. Эксцентриситет приводит к вертикальным различиям в приливной выпуклости Ио на целых 100 метров (330 футов), поскольку гравитационное притяжение Юпитера варьируется между точками периапсиса и апоапсиса на орбите Ио. Это изменяющееся приливное притяжение также вызывает трение внутри Ио, достаточное, чтобы вызвать значительный приливной нагрев и таяние. В отличие от Земли, где большая часть внутреннего тепла выделяется за счет проводимости через кору, на Ио внутреннее тепло выделяется в результате вулканической активности и генерирует высокий тепловой поток спутника (общее общее количество: 0,6–1,6 × 10 14 В ). Модели ее орбиты предполагают, что степень приливного нагрева внутри Ио меняется со временем и что текущий тепловой поток не является репрезентативным для долгосрочного среднего показателя. [ 22 ] Наблюдаемое выделение тепла из недр Ио превышает оценки количества, выделяемого в настоящее время в результате приливного нагрева, что позволяет предположить, что Ио охлаждается после периода большего изгибания. [ 23 ]
Состав
[ редактировать ]

Анализ изображений «Вояджера» привел учёных к выводу, что потоки лавы на Ио состояли в основном из различных форм расплавленной элементарной серы. [ 24 ] Установлено, что окраска потоков аналогична окраске различных ее аллотропов. Различия в цвете и яркости лавы зависят от температуры многоатомной серы, а также от упаковки и связи ее атомов. Анализ потоков, исходящих из Ра Патера, выявил материалы разного цвета, все из которых связаны с жидкой серой, на разных расстояниях от жерла: темный материал с альбедо вблизи жерла при 525 К (252 ° C; 485 ° F), красный материал в центральной части каждого потока при 450 К (177 ° C; 350 ° F) и оранжевый материал на самых дальних концах каждого потока при 425 К (152 ° C; 305 ° F). [ 24 ] Этот цветовой узор соответствует потокам, исходящим из центрального отверстия, охлаждающимся по мере удаления от него лавы. Кроме того, измерения температуры теплового излучения на Локи Патера, выполненные с помощью инфракрасного интерферометра-спектрометра и радиометра (IRIS) космического корабля "Вояджер-1" , согласуются с серным вулканизмом. [ 18 ] Однако инструмент IRIS не был способен обнаруживать длины волн, указывающие на более высокие температуры. не были обнаружены температуры, соответствующие силикатному вулканизму Это означало, что «Вояджером» . Несмотря на это, "Вояджера" ученые пришли к выводу, что силикаты должны играть роль в молодости Ио из-за его высокой плотности и необходимости силикатов поддерживать крутые склоны вдоль стен патеры. [ 25 ] Противоречие между структурными данными и спектральными и температурными данными, полученными после пролета "Вояджера" , привело к дебатам в сообществе планетологов относительно состава потоков лавы Ио, состоят ли они из силикатных или сернистых материалов. [ 26 ]
Наземные инфракрасные исследования в 1980-х и 1990-х годах сместили парадигму с преимущественно серного вулканизма на ту, где доминирует силикатный вулканизм, а сера играет второстепенную роль. [ 26 ] В 1986 году измерения яркого извержения на ведущем полушарии Ио показали, что температура составляет не менее 900 К (600 ° C; 1200 ° F). Это выше, чем температура кипения серы (715 К или 442 ° C или 827 ° F), что указывает на силикатный состав, по крайней мере, некоторых потоков лавы Ио. [ 27 ] Подобные температуры также наблюдались при извержении Сурта в 1979 году между двумя сближениями "Вояджера" , а также при извержении, наблюдавшемся Виттеборном и его коллегами в 1978 году. [ 15 ] [ 28 ] Кроме того, моделирование потоков силикатной лавы на Ио показало, что они быстро охлаждались, в результате чего в их тепловом излучении преобладали компоненты с более низкой температурой, такие как затвердевшие потоки, в отличие от небольших участков, покрытых все еще расплавленной лавой вблизи фактической температуры извержения. [ 29 ]

Силикатный вулканизм, включающий базальтовую лаву с составом от основного до ультраосновного ( богатого магнием ), был подтвержден космическим кораблем Галилео в 1990-х и 2000-х годах на основе измерений температуры в многочисленных горячих точках Ио, мест, где обнаружено тепловое излучение, а также на основе спектральных измерений Ио. темный материал. Измерения температуры с помощью твердотельного формирователя изображения (SSI) и картографического спектрометра ближнего инфракрасного диапазона (NIMS) компании Galileo выявили многочисленные горячие точки с высокотемпературными компонентами в диапазоне от как минимум 1200 К (900 °C; 1700 °F) до максимума 1600 К (1300 ° C; 2400 ° F), как при извержении Пиллан-Патера в 1997 году. [ 5 ] Первоначальные оценки в ходе миссии Галилео предполагают, что температура извержения приближается к 2000 К (1700 ° C; 3100 ° F). [ 30 ] с тех пор оказались завышенными, поскольку для расчета температур использовались неправильные тепловые модели. [ 5 ] Спектральные наблюдения темного материала Ио позволили предположить наличие ортопироксенов , таких как энстатит , которые представляют собой богатые магнием силикатные минералы, распространенные в основных и ультраосновных базальтах. Этот темный материал можно увидеть в вулканических ямах, свежих потоках лавы и пирокластических отложениях, окружающих недавние взрывные извержения вулканов. [ 31 ] Судя по измеренной температуре лавы и спектральным измерениям, некоторые из лав могут быть аналогичны земным коматиитам . [ 32 ] Перегрев при сжатии, который может повысить температуру магмы во время подъема на поверхность во время извержения, также может быть фактором некоторых извержений с более высокой температурой. [ 5 ]
Хотя измерения температуры вулканов Ио разрешили споры о серене и силикатах, которые продолжались между миссиями «Вояджер» и «Галилео» на Юпитере, сера и диоксид серы по-прежнему играют значительную роль в явлениях, наблюдаемых на Ио. Оба материала были обнаружены в шлейфах вулканов Ио, причем сера является основным компонентом шлейфов типа Пеле. [ 33 ] Яркие потоки были обнаружены на Ио, например, в Цуи-Гоаб-Флуктус, Эмаконг-Патера и Бальдер-Патера, что указывает на излияние серы или сернистого вулканизма. [ 34 ]
Стили извержения
[ редактировать ]Наблюдения Ио с помощью космических кораблей и наземных астрономов привели к выявлению различий в типах извержений, наблюдаемых на спутнике. Выделены три основных типа извержений: внутрипатера , потоковые и взрывные извержения . Они различаются по продолжительности, выделяемой энергии, яркостной температуре (определяемой по инфракрасным изображениям), типу потока лавы и тому, заключен ли он в пределах вулканических ям. [ 6 ]
Внутрипатерные высыпания
[ редактировать ]
Извержения внутри патер происходят в вулканических впадинах, известных как патеры . [ 35 ] которые обычно имеют плоские полы, ограниченные крутыми стенами. Патеры напоминают земные кальдеры , но неизвестно, образуются ли они при обрушении пустой магматической камеры, как их земные собратья. Одна из гипотез предполагает, что они образуются в результате эксгумации вулканических подоконников , при этом вышележащий материал либо выбрасывается, либо интегрируется в подоконник. [ 36 ] Некоторые патеры демонстрируют свидетельства множественных обрушений, подобных кальдерам на вершине Олимпа на Марсе или Килауэа на Земле, что позволяет предположить, что иногда они могут образовываться как вулканические кальдеры. [ 35 ] Поскольку механизм формирования все еще неясен, общий термин для этих особенностей использует латинский дескрипторный термин, используемый Международным астрономическим союзом для их обозначения, paterae . В отличие от аналогичных образований на Земле и Марсе, эти впадины обычно не лежат на вершинах щитовых вулканов и имеют больший размер, средний диаметр 41 километр (25 миль). [ 35 ] Глубина патер измерена лишь для нескольких патер и обычно превышает 1 км. [ 37 ] Самая большая вулканическая депрессия на Ио — Локи Патера , поперечник которой составляет 202 километра (126 миль). Каким бы ни был механизм формирования, морфология и распределение многих патер позволяют предположить, что они структурно контролируются и, по крайней мере, наполовину ограничены разломами или горами. [ 35 ]

Этот стиль извержения может принимать форму либо потоков лавы, распространяющихся по дну патер, либо лавовых озер . [ 38 ] [ 39 ] За исключением наблюдений Галилея во время его семи близких пролетов, может быть трудно отличить лавовое озеро от извержения потока лавы на дне патеры из-за недостаточного разрешения и аналогичных характеристик теплового излучения. Извержения потоков лавы внутри патеры, такие как извержение Гиш-Бар-Патера в 2001 году, могут быть столь же масштабными, как и те, которые наблюдаются на Ионических равнинах. [ 39 ] Потокоподобные особенности также наблюдались в ряде патер, таких как Патера Камаштли , что позволяет предположить, что потоки лавы периодически вновь выходят на поверхность их пола. [ 40 ]
Ионические лавовые озера представляют собой впадины, частично заполненные расплавленной лавой, покрытые тонкой затвердевшей коркой. Эти лавовые озера напрямую связаны с резервуаром магмы, лежащим внизу. [ 41 ] Наблюдения за тепловым излучением в нескольких ионических лавовых озерах показывают светящуюся расплавленную породу вдоль края патеры, вызванную разрушением коры озера по краю патеры. Со временем, поскольку затвердевшая лава плотнее, чем все еще расплавленная магма внизу, эта кора может обрушиться, вызывая увеличение теплового излучения вулкана. [ 42 ] В некоторых лавовых озерах, таких как озеро Пеле, это происходит постоянно, что делает Пеле одним из самых ярких излучателей тепла в ближнем инфракрасном спектре на Ио. [ 43 ] На других объектах, например на Локи Патера, это может происходить эпизодически. Во время эпизода опрокидывания в этих более спокойных лавовых озерах волна тонущей коры распространяется по патере со скоростью около 1 километра (0,6 мили) в день, а за ней формируется новая корка, пока все озеро не выйдет на поверхность. Другое извержение начнется только после того, как новая кора остынет и утолщится настолько, что больше не сможет плавать над расплавленной лавой. [ 44 ] Во время опрокидывания Локи может излучать в десять раз больше тепла, чем когда его кора стабильна. [ 45 ]
Извержения с преобладанием потока (Прометеев вулканизм)
[ редактировать ]
Извержения с преобладанием потоков — это долгоживущие события, в результате которых образуются обширные сложные потоки лавы. Размер этих потоков делает их основным типом местности на Ио. При этом типе извержения магма выходит на поверхность из отверстий на дне патер, жерл, окружающих патеры, или из трещин на равнинах, образуя надутые сложные потоки лавы, подобные тем, которые наблюдаются в Килауэа на Гавайях. [ 40 ] Изображения, полученные космическим кораблем Галилео, показали, что многие из основных потоков Ио, такие как потоки Прометея и Амирани , образуются в результате образования небольших прорывов лавы поверх более старых потоков. [ 40 ] Извержения с преобладанием потока отличаются от извержений с преобладанием взрыва своей продолжительностью и меньшим выходом энергии в единицу времени. [ 6 ] Лава извергается с постоянной скоростью, а извержения с преобладанием потока могут длиться годами или десятилетиями.
Поля активных потоков длиной более 300 километров (190 миль) наблюдались на Ио в Амирани и Масуби. Относительно неактивное поле потока под названием Лей-Кунг Флуктус занимает площадь более 125 000 квадратных километров (48 000 квадратных миль), что немного больше площади Никарагуа . [ 46 ] Толщина полей течения не была определена Галилеем, но отдельные прорывы на их поверхности, вероятно, имеют толщину 1 м (3 фута). Во многих случаях активные прорывы лавы изливаются на поверхность в точках в десятках и сотнях километров от жерла источника, при этом между ним и прорывом наблюдается небольшое количество теплового излучения. Это говорит о том, что лава течет по лавовым трубкам от источника к прорыву. [ 47 ]
Хотя эти извержения обычно имеют постоянную скорость извержения, на многих участках извержений, где преобладают потоки, наблюдались более крупные выбросы лавы. Например, передний край поля потока Прометея сместился на 75–95 километров (от 47 до 59 миль) между наблюдениями «Вояджера» в 1979 году и «Галилео» в 1996 году. [ 48 ] Несмотря на то, что средняя скорость потока в этих сложных полях потока обычно затмевается извержениями, в которых преобладают взрывы, она намного больше, чем та, которая наблюдается при аналогичных современных потоках лавы на Земле. Средняя скорость покрытия поверхности 35–60 квадратных метров (380–650 квадратных футов) в секунду наблюдалась в Прометее и Амирани во время миссии Галилео по сравнению с 0,6 квадратных метра (6,5 квадратных футов) в секунду в Килауэа. [ 49 ]
Извержения с преобладанием взрывов ( Пилланский вулканизм )
[ редактировать ]
Извержения , в которых преобладают взрывы , являются наиболее выраженными из стилей извержений Ио. Эти извержения, иногда называемые «вспышками» извержений из-за их обнаружения на Земле, характеризуются кратковременностью (всего несколько недель или месяцев), быстрым началом, большими объемными скоростями потока и высоким тепловым излучением. [ 50 ] Они приводят к кратковременному значительному увеличению общей яркости Ио в ближнем инфракрасном диапазоне. Самым мощным извержением вулкана, наблюдавшимся на Ио, было «взрывное» извержение Сурта , наблюдавшееся наземными астрономами 22 февраля 2001 года. [ 51 ]
Извержения с преобладанием взрывов происходят, когда тело магмы (называемое дайкой ) Ио из глубины частично расплавленной мантии достигает поверхности через трещину. Это приводит к захватывающему зрелищу фонтанов лавы . [ 52 ] В начале вспышечного извержения в тепловом излучении преобладает сильное инфракрасное излучение с длиной волны 1–3 мкм . Он производится большим количеством обнаженной свежей лавы в фонтанах у источника извержения. [ 53 ] Вспышки извержений в Тваштаре в ноябре 1999 г. и феврале 2007 г. сосредоточились на лавовом «занавесе» длиной 25 километров (16 миль) и высотой 1 километр (0,62 мили), образовавшемся в небольшой патере, расположенной внутри более крупного комплекса Тваштар Патеры. [ 52 ] [ 54 ]
Большое количество обнаженной расплавленной лавы в этих лавовых фонтанах предоставило исследователям лучшую возможность измерить фактическую температуру ионической лавы. При таких извержениях преобладают температуры, указывающие на ультраосновной состав лавы, подобный докембрийским коматиитам (около 1600 К или 1300 °C или 2400 °F), хотя перегрев магмы во время подъема на поверхность нельзя исключать как фактор высокие температуры извержения. [ 5 ]

Хотя более взрывная стадия фонтанирования лавы может длиться всего от нескольких дней до недели, извержения с преобладанием взрывов могут продолжаться от недель до месяцев, образуя большие объемные потоки силикатной лавы. Крупное извержение в 1997 году из трещины к северо-западу от Пиллан-Патера привело к образованию более 31 кубического километра (7,4 кубических миль) свежей лавы на поверхности вулкана. 2 + 1 ⁄ 2 - к 5 + 1 ⁄ 2 -месячный период, а затем затопило пол Пиллана Патера. [ 55 ] Наблюдения Галилея показывают, что скорость покрытия лавой в Пиллане составляла от 1000 до 3000 квадратных метров (от 11 000 до 32 000 квадратных футов) в секунду во время извержения 1997 года. Было обнаружено, что поток Пиллана имеет толщину 10 м (33 фута) по сравнению с потоками толщиной 1 м (3 фута), наблюдаемыми на надутых полях в Прометее и Амирани. Подобные быстро распространяющиеся потоки лавы наблюдались Галилеем в Торе в 2001 году. [ 38 ] Такие скорости потока аналогичны тем, которые наблюдались при Исландии в извержении Лаки в 1783 году и при наземных паводковых извержениях базальтов. [ 6 ]
Извержения, в которых преобладают взрывы, могут вызывать резкие (но часто кратковременные) изменения поверхности вокруг места извержения, такие как крупные пирокластические и плюмовые отложения, образующиеся при выделении газа из лавовых фонтанов. [ 53 ] Извержение Пиллана в 1997 году привело к образованию отложений темного силикатного материала и яркого диоксида серы шириной 400 км (250 миль). [ 55 ] Извержения Тваштара в 2000 и 2007 годах породили шлейф высотой 330 км (210 миль), который образовал кольцо красной серы и диоксида серы шириной 1200 км (750 миль). [ 56 ] Несмотря на драматический вид этих особенностей, без постоянного пополнения запасов материала окрестности жерла часто возвращаются к своему виду до извержения в течение месяцев (в случае Гриан Патера) или лет (как в Пиллан Патера). [ 8 ]
шлейфы
[ редактировать ]
Открытие вулканических шлейфов на Пеле и Локи в 1979 году предоставило убедительные доказательства того, что Ио был геологически активным. [ 1 ] Обычно шлейфы образуются, когда летучие вещества, такие как сера и диоксид серы, выбрасываются в небо из вулканов Ио со скоростью, достигающей 1 километра в секунду (0,62 мили/с), создавая зонтикообразные облака газа и пыли. Дополнительные материалы, которые могут быть обнаружены в вулканических шлейфах, включают натрий , калий и хлор . [ 57 ] [ 58 ] Несмотря на поразительный внешний вид, вулканические шлейфы встречаются относительно редко. Из примерно 150 действующих вулканов, наблюдаемых на Ио, шлейфы наблюдались только в паре десятков из них. [ 7 ] [ 54 ] Ограниченная площадь потоков лавы Ио позволяет предположить, что большая часть шлифовки поверхности, необходимой для стирания следов кратеров Ио, должна происходить из плюмовых отложений. [ 8 ]

Наиболее распространенным типом вулканических шлейфов на Ио являются пылевые шлейфы, или шлейфы типа Прометея, образующиеся, когда наступающие потоки лавы испаряют лежащий под ним иней из диоксида серы, отправляя материал в небо. [ 59 ] Примеры шлейфов типа Прометея включают Прометея , Амирани , Замаму и Масуби . Эти шлейфы обычно имеют высоту менее 100 километров (62 миль) и скорость извержения около 0,5 километра в секунду (0,31 мили/с). [ 60 ] Шлейфы типа «Прометей» богаты пылью, имеют плотное внутреннее ядро и верхнюю ударную зону купола , что придает им вид зонтика. Эти шлейфы часто образуют яркие круглые отложения радиусом от 100 до 250 километров (от 62 до 155 миль) и состоят в основном из инея из диоксида серы. Шлейфы типа Прометея часто наблюдаются при извержениях с преобладанием потока, что помогает сделать этот тип шлейфа довольно долгоживущим. Четыре из шести шлейфов типа «Прометей», наблюдавшихся «Вояджером-1» в 1979 году, также наблюдались во время миссии «Галилео» и « Новых горизонтов» в 2007 году. [ 17 ] [ 54 ] Хотя пылевой шлейф можно ясно увидеть на освещенных солнцем изображениях Ио в видимом свете, полученных пролетающим мимо космическим кораблем, многие шлейфы типа Прометея имеют внешний ореол из более слабого, более богатого газом материала, достигающего высоты, приближающейся к высоте более крупных шлейфов типа Пеле. . [ 7 ]
Самые большие шлейфы Ио, шлейфы типа Пеле, образуются, когда сера и газообразный диоксид серы выделяются из извергающейся магмы в жерлах вулканов или лавовых озерах, неся силикатный пирокластический материал . с собой [ 7 ] [ 61 ] Немногочисленные наблюдавшиеся шлейфы типа Пеле обычно связаны с извержениями, в которых преобладают взрывы, и являются недолговечными. [ 6 ] Исключением является Пеле , который связан с длительным активным извержением лавового озера, хотя считается, что шлейф носит прерывистый характер. [ 7 ] Более высокие температуры и давление в жерлах, связанные с этими шлейфами, приводят к скорости извержений до 1 километра в секунду (0,62 мили/с), что позволяет им достигать высоты от 300 до 500 километров (от 190 до 310 миль). [ 60 ] Шлейфы типа Пеле образуют красные (из короткоцепочечной серы) и черные (из силикатной пирокластики) поверхностные отложения, включая большие красные кольца шириной 1000 километров (620 миль), как это видно в Пеле. [ 8 ] Считается, что извержения сернистых компонентов плюмов типа Пеле являются результатом избыточного количества серы в коре Ио и снижения растворимости серы на больших глубинах в литосфере Ио . [ 61 ] Они, как правило, слабее, чем шлейфы типа «Прометей», из-за низкого содержания пыли, поэтому некоторые из них называются невидимыми шлейфами. Эти шлейфы иногда можно увидеть только на изображениях, полученных в то время, когда Ио находится в тени Юпитера , или на фотографиях, сделанных в ультрафиолете . Небольшое количество пыли, которое видно на освещенных солнцем изображениях, образуется, когда сера и диоксид серы конденсируются, когда газы достигают вершины своих баллистических траекторий. [ 7 ] Вот почему в этих шлейфах отсутствует плотный центральный столб, наблюдаемый в шлейфах типа Прометей, в которых пыль генерируется в источнике шлейфа. Примеры шлейфов типа Пеле наблюдались в Пеле, Тваштаре и Гриане. [ 7 ]
Галерея
[ редактировать ]-
Ио, просмотр JunoCam
(15 октября 2023 г.)
Несколько вулканов -
Ио, просмотр JunoCam
(15 октября 2023 г.)
Вулканический шлейф
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Морабито, Луизиана; и др. (1979). «Открытие действующего в настоящее время внеземного вулканизма». Наука . 204 (4396): 972. Бибкод : 1979Sci...204..972M . дои : 10.1126/science.204.4396.972.a . ПМИД 17800432 . S2CID 45693338 .
- ^ «Спутник Юпитера Ио «вулканически активен на протяжении миллиардов лет » . Би-би-си . 20 апреля 2024 г. Проверено 31 июля 2024 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Пил, С.Дж.; и др. (1979). «Таяние Ио в результате приливного рассеяния». Наука . 203 (4383): 892–94. Бибкод : 1979Sci...203..892P . дои : 10.1126/science.203.4383.892 . ПМИД 17771724 . S2CID 21271617 .
- ^ Перейти обратно: а б Уотсон, Дж. М. (5 мая 1999 г.). «Некоторые вопросы без ответа» . Геологическая служба США . Проверено 11 октября 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Кестхей, Л.; и др. (2007). «Новые оценки температуры извержения Ио: последствия для внутренних районов» . Икар . 192 (2): 491–502. Бибкод : 2007Icar..192..491K . дои : 10.1016/j.icarus.2007.07.008 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Уильямс, округ Колумбия; Хауэлл, Р.Р. (2007). «Активный вулканизм: эффузивные извержения». Ин- Лопес, RMC ; Спенсер, младший (ред.). Ио после Галилея . Спрингер-Праксис. стр. 133–61. ISBN 978-3-540-34681-4 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Гейсслер, ЧП; Макмиллан, Монтана (2008). «Наблюдения Галилеем вулканических шлейфов на Ио» . Икар . 197 (2): 505–18. Бибкод : 2008Icar..197..505G . дои : 10.1016/j.icarus.2008.05.005 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Гейсслер, П.; и др. (2004). «Изменения поверхности на Ио во время миссии Галилео» . Икар . 169 (1): 29–64. Бибкод : 2004Icar..169...29G . дои : 10.1016/j.icarus.2003.09.024 .
- ^ Миллер, Катрина (6 февраля 2024 г.). «НАСА обнаружило признаки двойных вулканических шлейфов на спутнике Юпитера Ио. Второй из пары близких пролетов пополняет сокровищницу данных, которыми располагают ученые о вулканическом спутнике Юпитера» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 7 февраля 2024 года . Проверено 7 февраля 2024 г.
- ^ Фанале, ФП; и др. (1974). «Ио: поверхностное отложение эвапорита?». Наука . 186 (4167): 922–25. Бибкод : 1974Sci...186..922F . дои : 10.1126/science.186.4167.922 . ПМИД 17730914 . S2CID 205532 .
- ^ Перейти обратно: а б Моррисон, Дж; Крукшанк, ДП (1973). «Тепловые свойства галилеевых спутников». Икар . 18 (2): 223–36. Бибкод : 1973Icar...18..224M . дои : 10.1016/0019-1035(73)90207-8 .
- ^ Хансен, OL (1973). «Наблюдения десятимикронного затмения Ио, Европы и Ганимеда». Икар . 18 (2): 237–46. Бибкод : 1973Icar...18..237H . дои : 10.1016/0019-1035(73)90208-X .
- ^ Перейти обратно: а б Дэвис, Эшли Джерард (2007). Вулканизм на Ио: сравнение с Землей . Соединенное Королевство: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-85003-2 .
- ^ Крукшанк, ДП; Нельсон, РМ (2007). «История исследования Ио». Ин- Лопес, RMC ; Спенсер, младший (ред.). Ио после Галилея . Спрингер-Праксис. стр. 5–33. ISBN 978-3-540-34681-4 .
- ^ Перейти обратно: а б Виттеборн, ФК; и др. (1979). «Ио: интенсивное просветление на расстоянии около 5 микрометров». Наука . 203 (4381): 643–46. Бибкод : 1979Sci...203..643W . дои : 10.1126/science.203.4381.643 . ПМИД 17813373 . S2CID 43128508 .
- ^ Смит, бакалавр; и др. (1979). «Система Юпитера глазами «Вояджера-1». Наука . 204 (4396): 951–72. Бибкод : 1979Sci...204..951S . дои : 10.1126/science.204.4396.951 . ПМИД 17800430 . S2CID 33147728 .
- ^ Перейти обратно: а б Стром, Р.Г.; и др. (1979). «Шлейфы извержения вулкана на Ио» . Природа . 280 (5725): 733–36. Бибкод : 1979Natur.280..733S . дои : 10.1038/280733a0 . S2CID 8798702 .
- ^ Перейти обратно: а б Ханель, Р.; и др. (1979). «Инфракрасные наблюдения системы Юпитера с корабля «Вояджер-1». Наука . 204 (4396): 972–76. дои : 10.1126/science.204.4396.972-a . ПМИД 17800431 . S2CID 43050333 .
- ^ Смит, бакалавр; и др. (1979). «Галилеевы спутники и Юпитер: результаты научных исследований с помощью «Вояджера-2». Наука . 206 (4421): 927–50. Бибкод : 1979Sci...206..927S . дои : 10.1126/science.206.4421.927 . ПМИД 17733910 . S2CID 22465607 .
- ^ Тюркотт, ДЛ; Шуберт, Г. (2002). «Химическая геодинамика». Геодинамика (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета . п. 410. ИСБН 978-0-521-66186-7 .
- ^ Тюркотт, ДЛ; Шуберт, Г. (2002). «Теплопередача». Геодинамика (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 136. ИСБН 978-0-521-66186-7 .
- ^ Перейти обратно: а б Мур, ВБ (2007). «Интерьер Ио». Ин- Лопес, RMC ; Спенсер, младший (ред.). Ио после Галилея . Спрингер-Праксис. стр. 89–108. ISBN 978-3-540-34681-4 .
- ^ Дэвис, А. (2007). «Ио и Земля: формирование, эволюция и внутреннее строение» . Вулканизм на Ио: сравнение с Землей . Издательство Кембриджского университета. стр. 53–72. дои : 10.1017/CBO9781107279902.007 . ISBN 978-0-521-85003-2 .
- ^ Перейти обратно: а б Саган, К. (1979). «Сера течет на Ио». Природа . 280 (5725): 750–53. Бибкод : 1979Natur.280..750S . дои : 10.1038/280750a0 . S2CID 32086788 .
- ^ Клоу, Джорджия; Карр, Миннесота (1980). «Устойчивость серных склонов на Ио». Икар . 44 (2): 268–79. Бибкод : 1980Icar...44..268C . дои : 10.1016/0019-1035(80)90022-6 .
- ^ Перейти обратно: а б Спенсер-младший; Шнайдер, Нью-Мексико (1996). «Ио накануне миссии Галилея». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 24 : 125–90. Бибкод : 1996AREPS..24..125S . дои : 10.1146/annurev.earth.24.1.125 .
- ^ Джонсон, ТВ; и др. (1988). «Ио: Доказательства силикатного вулканизма в 1986 году». Наука . 242 (4883): 1280–83. Бибкод : 1988Sci...242.1280J . дои : 10.1126/science.242.4883.1280 . ПМИД 17817074 . S2CID 23811832 .
- ^ Синтон, ВМ; и др. (1980). «Ио: Наземные наблюдения за горячими точками». Наука . 210 (4473): 1015–17. Бибкод : 1980Sci...210.1015S . дои : 10.1126/science.210.4473.1015 . ПМИД 17797493 .
- ^ Карр, Миннесота (1986). «Силикатный вулканизм на Ио» . Журнал геофизических исследований . 91 : 3521–32. Бибкод : 1986JGR....91.3521C . дои : 10.1029/JB091iB03p03521 .
- ^ Дэвис, AG; и др. (2001). «Термическая подпись, стиль извержения и эволюция извержений Пеле и Пиллана на Ио» . Дж. Геофиз. Рез . 106 (E12): 33, 079–33, 103. Бибкод : 2001JGR...10633079D . дои : 10.1029/2000JE001357 .
- ^ Гейсслер, ЧП; и др. (1999). «Глобальные цветовые вариации на Ио». Икар . 140 (2): 265–82. Бибкод : 1999Icar..140..265G . дои : 10.1006/icar.1999.6128 .
- ^ Уильямс, округ Колумбия; и др. (2000). «Коматиитовый аналог потенциальных ультраосновных материалов на Ио» . Дж. Геофиз. Рез . 105 (Е1): 1671–84. Бибкод : 2000JGR...105.1671W . дои : 10.1029/1999JE001157 .
- ^ Спенсер, Дж.; и др. (2000). «Открытие газообразного S 2 в шлейфе Пеле на Ио». Наука . 288 (5469): 1208–10. Бибкод : 2000Sci...288.1208S . дои : 10.1126/science.288.5469.1208 . ПМИД 10817990 .
- ^ Уильямс, округ Колумбия; и др. (2004). «Картирование региона Куланн-Тохил на острове Ио по данным изображений Галилео». Икар . 169 (1): 80–97. Бибкод : 2004Icar..169...80W . дои : 10.1016/j.icarus.2003.08.024 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Радебо, Дж .; и др. (2001). «Патера на Ио: новый тип вулканической кальдеры?». Дж. Геофиз. Вещь 106 (Е12): 33005–33020. Бибкод : 2001JGR...10633005R . дои : 10.1029/2000JE001406 .
- ^ Кестхей, Л.; и др. (2004). «Взгляд на внутреннюю часть Ио после Галилея» . Икар . 169 (1): 271–86. Бибкод : 2004Icar..169..271K . дои : 10.1016/j.icarus.2004.01.005 .
- ^ Шабер, Г.Г. (1982). «Геология Ио» . В Моррисоне, Дэвид; Мэтьюз, Милдред Шепли (ред.). Спутники Юпитера . Пресса Университета Аризоны . стр. 556–97 . ISBN 978-0-8165-0762-7 .
- ^ Перейти обратно: а б Лопес, РМЦ ; и др. (2004). «Лавовые озера на Ио: наблюдения за вулканической активностью Ио с помощью Galileo NIMS во время пролетов 2001 года». Икар . 169 (1): 140–74. Бибкод : 2004Icar..169..140L . дои : 10.1016/j.icarus.2003.11.013 .
- ^ Перейти обратно: а б Перри, Дж. Э.; и др. (2003). Гиш Бар Патера, Ио: Геология и вулканическая активность, 1997–2001 гг. (PDF) . конференция по науке о Луне и планетах XXXIV . Клир-Лейк-Сити, Техас . Аннотация №1720.
- ^ Перейти обратно: а б с Кестхей, Л.; и др. (2001). «Изображение вулканической активности на спутнике Юпитера Ио, сделанное Галилеем во время миссии Галилео Европа и миссии Галилео Миллениум». Дж. Геофиз. Рез . 106 (Е12): 33025–33052. Бибкод : 2001JGR...10633025K . дои : 10.1029/2000JE001383 .
- ^ Дэвис, А. (2007). «Эффузивная деятельность: формы рельефа и эволюция тепловых выбросов». Вулканизм на Ио: сравнение с Землей . Издательство Кембриджского университета. стр. 142–52. ISBN 978-0-521-85003-2 .
- ^ Мэтсон, Д.Л.; и др. (2006). «Ио: Локи Патера как море магмы». Дж. Геофиз. Рез . 111 (Е9): E09002. Бибкод : 2006JGRE..111.9002M . дои : 10.1029/2006JE002703 .
- ^ Радебо, Дж .; и др. (2004). «Наблюдения и температура Пеле Патера Ио по изображениям космических аппаратов Кассини и Галилео». Икар . 169 (1): 65–79. Бибкод : 2004Icar..169...65R . дои : 10.1016/j.icarus.2003.10.019 .
- ^ Ратбун, Дж.А.; Спенсер, младший (2006). «Локи, Ио: Новые наземные наблюдения и модель, описывающая изменение после периодического переворота». Письма о геофизических исследованиях . 33 (17): L17201. arXiv : astro-ph/0605240 . Бибкод : 2006GeoRL..3317201R . дои : 10.1029/2006GL026844 . S2CID 29626659 .
- ^ Хауэлл, Р.Р.; Лопес, РМЦ (2007). «Природа вулканической активности на Локи: данные Galileo NIMS и PPR». Икар . 186 (2): 448–61. Бибкод : 2007Icar..186..448H . дои : 10.1016/j.icarus.2006.09.022 .
- ^ Дэвис, А. (2007). «Взгляд с Галилея » . Вулканизм на Ио: сравнение с Землей . Издательство Кембриджского университета. стр. 155–77. ISBN 978-0-521-85003-2 .
- ^ МакИвен, А.С.; Белтон, MJ; Бренеман, Х.Х.; Фагентс, СА; Гейсслер, П.; и др. (2000). «Галилей на Ио: результаты изображений с высоким разрешением». Наука . 288 (5469): 1193–98. Бибкод : 2000Sci...288.1193M . дои : 10.1126/science.288.5469.1193 . ПМИД 10817986 .
- ^ МакИвен, Альфред С.; Кестхейи, Ласло; Гейсслер, Пол; Симонелли, Дэймон П.; Карр, Майкл Х.; и др. (1998). «Активный вулканизм на Ио глазами Галилея SSI» . Икар . 135 (1): 181–219. Бибкод : 1998Icar..135..181M . дои : 10.1006/icar.1998.5972 .
- ^ Дэвис, А. (2007). «Прометей и Амирани: бурная деятельность и изолированные потоки». Вулканизм на Ио: сравнение с Землей . Издательство Кембриджского университета. стр. 208–16. ISBN 978-0-521-85003-2 .
- ^ Дэвис, А. (2007). «Между «Вояджером» и Галилеем : 1979–1995». Вулканизм на Ио: сравнение с Землей . Издательство Кембриджского университета. стр. 27–38. ISBN 978-0-521-85003-2 .
- ^ Марчис, Ф. (2002). «Визуализация фиолетовой вулканической активности на Ио с помощью адаптивной оптики Кека высокого разрешения». Икар . 160 (1): 124–31. Бибкод : 2002Icar..160..124M . дои : 10.1006/icar.2002.6955 .
- «Исключительно яркое извержение на Ио, конкурирующее с крупнейшим в Солнечной системе» . Обсерватория Кека (Пресс-релиз). 13 ноября 2002 года. Архивировано из оригинала 23 февраля 2007 года . Проверено 10 октября 2008 г.
- ^ Перейти обратно: а б Уилсон, Л.; Хед, JW (2001). «Фонтаны лавы в результате трещинного извержения Тваштар Катена на Ио в 1999 году: последствия для механизмов размещения даек, скорости извержений и структуры земной коры». Дж. Геофиз. Рез . 106 (E12): 32, 997–33, 004. Бибкод : 2001JGR...10632997W . дои : 10.1029/2000JE001323 . S2CID 937266 .
- ^ Перейти обратно: а б Дэвис, А. (2007). «Пиллан и Тваштар Патера: фонтаны и потоки лавы». Вулканизм на Ио: сравнение с Землей . Издательство Кембриджского университета. стр. 192–207. дои : 10.1017/CBO9781107279902.014 . ISBN 978-0-521-85003-2 .
- ^ Перейти обратно: а б с Спенсер-младший; и др. (2007). «Вулканизм Ио глазами New Horizons: крупное извержение вулкана Тваштар». Наука . 318 (5848): 240–43. Бибкод : 2007Sci...318..240S . дои : 10.1126/science.1147621 . ПМИД 17932290 . S2CID 36446567 .
- ^ Перейти обратно: а б МакИвен, А.С.; и др. (1998). «Высокотемпературный силикатный вулканизм на спутнике Юпитера Ио». Наука . 281 (5373): 87–90. Бибкод : 1998Sci...281...87M . дои : 10.1126/science.281.5373.87 . ПМИД 9651251 .
- ^ Черепаха, EP; и др. (2004). «Последние наблюдения Ио Галилео SSI: орбиты G28-I33». Икар . 169 (1): 3–28. Бибкод : 2004Icar..169....3T . дои : 10.1016/j.icarus.2003.10.014 .
- ^ Рослер, Флорида; и др. (1999). «Спектроскопия атмосферы Ио в дальнем ультрафиолете с помощью HST/STIS». Наука . 283 (5400): 353–57. Бибкод : 1999Sci...283..353R . дои : 10.1126/science.283.5400.353 . ПМИД 9888844 .
- ^ Гейсслер, ЧП; и др. (1999). «Галилеоизображение атмосферных выбросов с Ио». Наука . 285 (5429): 870–4. Бибкод : 1999Sci...285..870G . дои : 10.1126/science.285.5429.870 . ПМИД 10436151 .
- ^ Милаццо, член парламента; и др. (2001). «Наблюдения и первоначальное моделирование взаимодействия лавы и SO 2 в Прометее, Ио» . Дж. Геофиз. Рез . 106 (Е12): 33121–33128. Бибкод : 2001JGR...10633121M . дои : 10.1029/2000JE001410 .
- ^ Перейти обратно: а б МакИвен, А.С.; Содерблом, Луизиана (1983). «Два класса вулканического шлейфа на Ио». Икар . 55 (2): 197–226. Бибкод : 1983Icar...55..191M . дои : 10.1016/0019-1035(83)90075-1 .
- ^ Перейти обратно: а б Батталья, Стивен М.; Стюарт, Майкл А.; Киффер, Сьюзен В. (июнь 2014 г.). «Теотермический (сера) - литосферный цикл Ио, выведенный из моделирования растворимости серы в поставках магмы Пеле». Икар . 235 : 123–129. Бибкод : 2014Icar..235..123B . дои : 10.1016/j.icarus.2014.03.019 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]