Из чего состоит кора обитаемой планеты с иоподобной тектоникой тепловых трубок?

Спутник Юпитера Ио геологически активен, как и Земля, но испытывает тектонику тепловых трубок, а не тектонику плит.

Тектоника тепловых трубок — это режим охлаждения планет земной группы, при котором основным механизмом переноса тепла на планете является вулканизм через внешнюю твердую оболочку, также называемую литосферой. Тектоника тепловых трубок начинается, когда вулканизм становится доминирующим поверхностным процессом теплопередачи. Расплавленные породы и другие более летучие планетарные материалы переносятся из мантии на поверхность через локализованные жерла. Расплавы остывают и затвердевают, образуя слои холодных вулканических материалов. Недавно извергнутые материалы откладываются поверх старых слоев и погребают их. Накопление вулканических слоев на оболочке и соответствующая эвакуация материалов на глубину вызывают перенос поверхностных материалов вниз, так что материалы оболочки постоянно опускаются вглубь планеты. - Из Википедии

[Из Википедии] (https://en.wikipedia.org/wiki/Heat-pipe_tectonics)

Представьте себе планету, похожую на Землю, с массой примерно в 1,5 земной массы, которая испытывает такой же нагрев и тектонику, как Ио. Из чего должна быть корочка? Базальт, андезит или смесь?

Если взять, к примеру, Ио, можно было бы ожидать базальт. Базальт — это то, из чего состоит океаническая кора Земли, и вулканизм наводнений, который, скорее всего, создаст большую часть поверхности этого мира, также создает базальт.

С другой стороны, андезиты образуются, если богатый летучими веществами материал погружается в мантию и возвращается в результате вулканизма. На Земле андезит создается вблизи зон субдукции и накапливается там в течение эонов. Однако в этом мире субдукция будет происходить повсюду, поэтому андезит может образовываться повсюду.

Некоторые могут задаться вопросом, почему это имеет отношение к моему построению мира, однако это определит, как мир будет выглядеть в целом.

Магмы, богатые кремнеземом, обычно образуются на деструктивных границах плит в результате частичного плавления и/или ассимиляции пород земной коры (которые богаче кремнеземом, чем породы мантии). Такие магмы извергаются в виде андезитов и риолитов или внедряются в виде гранитных массивов. Молекулы с более протяженными силикатными цепями делают эти магмы очень вязкими, поэтому, когда происходит извержение, оно обычно бывает взрывоопасным (например, гора Сент-Хеленс).

Магмы с низким содержанием кремнезема обычно образуются в результате частичного плавления мантийных пород под срединно-океаническими хребтами или в «горячих точках», таких как Гавайи. Эти магмы извергаются в виде базальтов или внедряются в виде габбро и гораздо менее вязкие. Высыпания, как правило, эффузивные. - От геологического общества

Таким образом, базальтовая магма будет означать, что мир будет иметь неглубокий профиль и будет очень похож на Ио, а андезитовая будет означать, что профиль мира будет более острым, поскольку более вязкая лава может создавать большие горы. Если смесь, скажем, регулярного андезитового вулканизма и периодического базальтового извержения является наиболее правдоподобным ответом, это тоже было бы интересно.

Так как же будет выглядеть геология этого мира? Андезит или базальт? Или я могу делать все, что сочту правдоподобным, поскольку никто не сможет доказать, что я не прав?

Ответы (2)

Я основываю этот ответ на статье Мура, Саймона и Уэбба « Планеты с тепловыми трубками» (2017, платный доступ). Аргументы статьи спекулятивны, но я думаю, что идеи, на которых они основывают свои аргументы, отвечают на ваш вопрос. Я рекомендую прочитать эту статью, если у вас есть или вы можете получить доступ. Кажется, что наиболее вероятным ответом на ваш главный вопрос будет:

Базальт

Мур и др. др. утверждают, что вулканизм тепловых трубок может быть фазой, общей для земных (каменистых) планет во время их раннего формирования. Они делают этот аргумент, основанный на наличии некоторых наблюдаемых общих черт планет солнечной земной группы. Одним из них является наличие коры, состоящей в основном из основных или ультраосновных пород (то есть базальтов и подобных пород). Цитировать газету:

Работа тепловых трубок приводит к: 1) толстой, холодной и прочной литосфере, несмотря на высокий тепловой поток, 2) преобладанию сжимающих напряжений, поскольку погребенные слои вынуждены уменьшать радиусы, 3) непрерывному замещению литосферного материала, 4) высокому расплаву - фракция (от основной до ультраосновной), извержения с низкой вязкостью и эффективная дегазация недр , и 5) быстрый переход к застойному тектоническому поведению крышки или плиты.

(выделено мной)

Таким образом, из-за эффективной дегазации недр переплавление с участием летучих маловероятно, а образование пород, обогащенных алюминием и кремнием, менее вероятно. Основываясь на моем прочтении этой статьи, я бы ожидал планету с довольно гладкой поверхностью, состоящей в основном из базальтовых пород. Основные географические объекты, которые вы можете увидеть, скорее всего, будут сжимающими (например, разломы и складки).

Обратите внимание, однако, что базальт не может быть гарантирован. Авторы предлагают геологическую историю Луны, которая включает фазу тепловых трубок, во время которой присутствие летучих веществ в недрах Луны позволяет плавучим породам плагиоклаза подниматься к поверхности, прежде чем смешаться с литосферой. Предложенный ими механизм немного выходит за рамки моего понимания, но мне кажется, что если вы хотите получить кору, богатую кремнием и алюминием, конвекция тепловых трубок должна прекратиться относительно скоро, иначе плагиоклазовая порода со временем будет заменена основной породой. Это может быть то, что произошло, чтобы сформировать лунную кобылу (базальтовую).

Наконец, еще один момент, который может быть вам интересен: в заключении авторы упоминают, что внешний нагрев (как в случае с Ио) — не единственный способ получить планету, которая в течение длительного времени пребывает в фазе теплового вулканизма. срок. Вот соответствующий бит:

Поскольку равновесный тепловой поток планеты масштабируется как масса/площадь (для наиболее вероятных источников тепла), планеты земной группы, более массивные, чем Земля, должны испытывать более длительные эпизоды тепловых трубок до начала тектоники плит... «Земли» более пяти масс Земли, время жизни фазы тепловых трубок может превышать время жизни солнцеподобных родительских звезд, и, таким образом, любая последующая фаза тектонических плит может никогда не наблюдаться. Такие планеты лучше было бы назвать "супер-Иос"...

Андезит, потому что на планете с жизнью субдукция будет происходить не везде.

У вас есть система, как у Ио. Но вы хотите жизни, поэтому вам нужны убежища, которые не покрываются лавой каждые несколько лет. Вы можете ограничить свой вулканизм постоянными трубами и бассейнами с лавой, как Локи Патера.

Когда Ио вращается вокруг Юпитера, гравитационные приливы дергают его недра, выделяя огромное количество энергии, которая затем должна подняться на поверхность. Но на Луне нет тектонических плит, позволяющих легко проскальзывать магме. Вместо этого магма поднимается по трубам, мало чем отличаясь от вулканизма, построившего Гавайи. На поверхности Ио периодически вспыхивают, а затем стихают извержения. Но в других местах — особенно в Локи — канал, кажется, остается открытым постоянно...

https://www.newscientist.com/article/2113305-window-to-hell-ios-strongest-volcano-changes-face-as-we-watch/

В гигантском бассейне лавы, которым является Локи Патера, происходит постоянный круговорот магмы, поднимающейся вверх, охлаждающейся и опускающейся вниз. И это имеет смысл - если есть постоянное тепло и постоянное давление и открытый канал для его сброса, этот канал останется открытым.

В вашем гостеприимном для жизни мире эти активные жерла могут быть реликтами охватывающих земной шар трещин, которые сами по себе являются реликвиями того времени, когда поверхность остывает от однородного расплава. Как и на Земле, в то расплавленное время более легкие минералы всплывали наверх, и, как и на Земле, эти области образовали кору. Более тяжелые базальты приурочены к областям вокруг активных жерл и, вероятно, вскоре попадут туда.

Спасибо за ответ. Тем не менее, я не так уверен в необходимости убежища на всю жизнь. Даже если вся поверхность обновится в течение десятков тысяч лет, жизнь успеет мигрировать. Новые вулканические острова быстро заселяются и могут образовать богатые экосистемы за тысячи лет. Особенно если учесть, что способность быстро мигрировать и заселять новые регионы будет поддерживаться естественным отбором в этом мире.