金星の地球力学

金星
マゼランレーダーが捉えた金星。
1990年から1994年にかけてのマゼランレーダー画像による地表の全球レーダー画像
身体的特徴
  • 6 051 .8 ± 1.0 km [1]
  • 0.9499 地球
  • 4.60 × 10 8  km 2
  • 0.902 地球
音量
  • 9.28 × 10 11  km 3
  • 0.866 地球
質量
  • 4.8676 × 10 24  kg
  • 0.815 地球
平均密度
5.243 g/cm 3
表面温度分平均最大
ケルビン737キロ[2]
摂氏462℃
華氏864 °F (462 °C)
雰囲気
表面圧力
92 バール（9.2  MPa）
2020年4月10日に現代の望遠鏡で観測された金星

NASAのマゼラン探査機は、金星の地質学的に若い表面を持ち、その年齢は5億±2億年（百万年）と比較的均一であることが明らかになった。[3]金星の年齢は、金星表面の900個以上の衝突クレーターの観測によって明らかになった。これらの衝突クレーターは金星の表面にほぼ均一に分布しており、そのうち10%未満が火山活動や地殻変動によって変化している。[4]これらの観測結果は、約5億年前後に金星で壊滅的な地表再形成が発生し、その後地表再形成速度が劇的に低下したことを示唆している。[5]マゼラン探査機のレーダー画像は、金星では地球型のプレートテクトニクスが活発ではなく、現在地表は静止しているように見えることを明らかにした。[6]

こうした地表観測にもかかわらず、活発に対流が行われている内部を示唆する地表特徴が数多く存在する。ソ連のベネラ探査機が金星に着陸し、地球化学測定と火山流の形態に基づき、金星表面は基本的に玄武岩質の組成であることが明らかになった。 [7]金星の表面は、玄武岩質火山活動のパターン、および大きく変形したテッセラ地形やコロナとして知られるパンケーキ状の火山テクトニック特徴などの圧縮性および伸張性の地殻変動によって支配されている。[8]惑星表面は、地表の約 80% を覆う低地平野、「大陸性」台地、および火山性隆起によって大まかに特徴付けることができる。また、惑星表面全体に大小さまざまな盾状火山が多数分布している。地表特徴に基づくと、金星は地殻変動的にも対流的にも活発であるが、リソスフェアは静的であると考えられる。

仮説の再浮上

金星へのマゼラン計画によって発見された衝突クレーターの地球規模の分布は、金星の再表面化に関する数多くの理論を生んだ。フィリップスら (1992) は、衝突クレーターの分布を記述する 2 つの概念的なエンドメンバー再表面化モデルを開発した。最初のエンドメンバーモデルは、大きな空間領域で短時間の再表面化イベントがランダムな場所で長い時間間隔で発生すると、クレーターの空間的にランダムな分布が維持される可能性があることを示唆している。このエンドメンバーの特殊なケースは地球規模の再表面化イベントである。このケースでは、現在の表面からは、最後の地球規模のイベントが周期的なサイクルの一部であったのか、それとも惑星の歴史の中で特異なイベントであったのかを判断することはできない。もう 1 つのエンドメンバーは、クレーターを消滅させる再表面化イベントは空間領域が狭く、ランダムに分布し、頻繁に発生するというものである。

この画像は底部で約185キロメートル（115マイル）の幅があり、直径69キロメートル（43マイル）の衝突クレーター、ディキンソンを示しています。このクレーターは複雑で、部分的に中央リングがあり、底面はレーダー暗色物質とレーダー明色物質で覆われています。西側に噴出物が見られないことから、このクレーターを形成した衝突体は西側からの斜め衝突であった可能性が示唆されます。クレーターの東壁から広範囲に広がるレーダー明色物質の流れは、大量の衝突溶融物を示している可能性がありますが、クレーター形成時に地下から噴出した火山物質によるものかもしれません。

これは事実上、逓斉説の仮説と言えるでしょう。なぜなら、地質活動はあらゆる場所で同様の速度で起こっていると仮定しているからです。地球全体のほぼ全域を定期的に再形成する地球規模のイベントは、クレーターのない表面を残します。クレーターはその後発生し、次の地球規模のイベントが起こるまで変化しません。[9]あらゆる場所で頻繁に発生する再形成イベントは、多くのクレーターが再形成過程にある表面を生み出します。[9]したがって、クレーターがどの程度の地殻変動や火山噴火を経験したかを観察することで、端層を区別することができます。

クレーター群の初期調査では、クレーターのわずか数パーセントのみがその後の火山活動によって大きく変形したり湾状になったりしていることが示唆されており、「壊滅的な表面再形成」端層が有力視されている。[4] [10]地球規模の大災害を予測するいくつかの地球物理学的モデルが提案されている。

  • ターコット（1993）が提唱したエピソードプレートテクトニクス[11]
  • ソロマトフとモレシ（1996） [12]によって提案された可動蓋対流から停滞蓋対流への移行
  • リースら（2007）[13]は、薄いリソスフェアから厚いリソスフェアへの急速な遷移を提唱した。

惑星の大きなリフトゾーンと重なり合う火山のある部分は、低いクレーター密度と、大きく変形した、明らかに湾状になったクレーターの異常な数と相関関係にあることがわかった。[10]惑星のテッセラ領域は、通常よりもクレーターの割合がわずかに高いように見えるが、これらのクレーターのいくつかは大きく変形しているように見える。[14]これらの観察と地球規模の地質図作成活動を組み合わせることで、破滅的な地球物理学的モデルと並行する地質学的表層進化のシナリオが導かれる。[9]一般的な見解としては、テッセラ領域は古く、より激しい地表変形があった過去の時代に遡る。テッセラは急速に変形を停止し、火山活動が低地を水浸しにした。現在、地質活動は惑星のリフトゾーンに沿って集中している。[15] [16]

エピソード的なプレートテクトニクス

ターコット（1993）は、金星には断続的なテクトニクスが存在すると示唆した。これは、短期間の急速なテクトニクスと、約5億年続く表面不活動期が交互に繰り返される現象である。不活動期には、リソスフェアは伝導冷却され、厚さが300キロメートルを超える。プレートテクトニクスの活発なモードは、厚いリソスフェアが分離して惑星内部に沈み込むときに発生する。したがって、大規模なリソスフェアの循環が、表面再形成現象を説明するために援用される。断続的な大規模な転覆は、マントルの組成が成層化しており、上部マントルの組成と熱浮力が競合する状態にあるために発生する可能性がある。[17]

この種のマントル層状化は、「玄武岩バリア」メカニズムによってさらに裏付けられている。このメカニズムによれば、沈み込んだ玄武岩質地殻はマントル深度660～750kmでは正浮力、その他の深度では負浮力を持ち、遷移層の底に蓄積してマントル層状化を引き起こす可能性がある。[18]マントル層状化の崩壊とそれに伴うマントルの反転は、金星の地表で劇的な火山活動、大量の地殻の形成、地殻活動を引き起こす。これは、地表の地形とクレーター形成から、金星で約5億年前に起こったと推測されている。[18] 地表境界条件が可動性の蓋から停滞性の蓋へと変化し、マントル温度が上昇すると、周期的に壊滅的な地表再形成と広範囲にわたる火山活動が発生する可能性がある。[16]

停滞した蓋対流

これらのモデルはカテゴリー的には分離しているものの、いずれのモデルにも、他のモデルに当てはまる概念的な重複が見られる。ソロマトフとモレシ（1996）は、対流応力の減少が表面の蓋を移動性から停滞性へと変化させたと示唆した。[12]この議論は、金星の現在の表面がリソスフェアの循環の恒久的な終焉を記録していると主張している。対流の勢いが衰えるにつれて惑星の熱流量が減少し、マントル対流のモードが移動性から停滞性へと変化した。[19]

モレシとソロマトフ（1998）は、以前の論文にもかかわらず、温度依存粘性を持つマントル対流の数値モデルを使用して、リソスフェアの降伏応力の中間レベルでは、金星の対流状態が可動性から断続的へと変化する可能性があると提案した。[20]彼らは、金星の現在の説明として断続的状態に焦点を当て、金星リソスフェアの脆性的な可動化が断続的かつ壊滅的である可能性があるとした。

薄いリソスフェアから厚いリソスフェアへの移行

Reese et al. (2007) は、惑星表面再形成のモデルを提唱した。このモデルでは、リソスフェアの薄化と広範囲にわたる溶融は、可動リッド対流から停滞リッド対流への移行に伴って起こるとしている。[13]これらのパラメータ化された対流モデルは、マグマによる表面再形成の停止は、いくつかの方法で起こり得ることを示唆している。(1) マントル温度が十分に低下し、断熱上昇するマントルが固相線を横切らなくなる、(2) 溶融層が高度 250～500 km の固体/溶融体密度逆転層の下に移動して溶融物が逃げ出せなくなる、(3) リソスフェア下の小規模対流が停止し、リッドの導電性の厚化により溶融が抑制される。いずれの場合も、マグマが厚くなった金星リソスフェアに浸透できないことが影響している。しかし、金星の表面は、惑星の長期的な寒冷化により、継続的だが地質学的に急速な地殻活動の衰退を経験しており、その熱損失を説明するために壊滅的な表面再形成イベントは必要ないという説もある。[21]

方向史仮説

その後の一連の論文で、バシレフスキーとその同僚は、ゲストとストファン（1999）[22]が金星の進化の「方向性の歴史」と名付けたモデルを広範囲に展開した。[23] [24] [25] 基本的な考え方は、大きく変形したテッセラから大きく変形した平原、中程度に変形した平原、そして変形していない平原へと進む地球規模の地層が存在するというものである。[9]最近の活動は、大きなシールド火山と交差する傾向のある主要なリフトゾーンの近くに集中している。

テッセラが古い大陸性クラトンであるという解釈は、アシュタル・テラとその周辺の地質学的分析によって裏付けられています。圧縮力と、薄い玄武岩質地殻が沈み込みにくいことが相まって、イシュタルの縁に褶曲山脈が形成されました。さらに圧縮が進み、物質がアンダースラスト（地殻の下から押し出される）し、それが部分的に溶融して中央台地の火山活動の源となりました。[26]

方向性進化モデルが妥当であれば、進化は緩やかで、事象の発生時期はかなり重なっていたはずだ。妥当なエンドメンバー解釈としては、クレーター上の個体群は依然としてほぼ活動していない惑星上に定住した個体群を表しているものの、地球規模の火山平原の最終段階において、クレーターの大部分が数百メートルの火山噴出物で満たされているという解釈がある。もしこれが真実ならば、テッセラ後の平原の定住は惑星の目に見える地表史の大部分にわたって続き、テッセラの変形の終焉は平原の定住とかなり重なっていたはずだ。したがって、テッセラ／平原／リフトの進化は妥当な仮説ではあるが、その進化が「大惨事」として起こったはずはない。クレーターが経験した衝突後の火山活動と変形の程度が大きく変動していることは、金星の地表再形成の定常状態モデルと整合している。クレーターは様々な段階を経て除去されていますが、目に見える地表の歴史を通じて作用してきたのと同じプロセスを示しています。金星上の地質学的特徴（平原、火山、リフトなど）の分布が、クレーターの分布よりも明らかに不均一であるという点は、依然として強力な制約となっています。これは、斉一説によれば、金星における地表再形成の性質は地域によって異なる可能性があるものの、その速度はほぼ同様であるはずであることを意味します。[9]

参照

参考文献

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