• Thursday April 18,2019

Berapa Tinggi Adakah Letusan pada Io dan Venus?

Bumi tidak memegang monopoli pada volkisme aktif dalam sistem solar. Malah, Bumi bukanlah badan yang paling aktif secara volkanik dalam sistem solar. Walaupun kita mempunyai gunung berapi yang banyak, dengan beratus-ratus hingga ribuan gunung berapi aktif dan berpotensi aktif, jika anda melihat jumlah permukaan tanah yang dilindungi oleh deposit gunung berapi baru-baru ini, gunung berapi Bumi hanya terbatas pada kawasan yang agak kecil. Walau bagaimanapun, gunung berapi mungkin memainkan peranan penting dalam memulakan kehidupan di Bumi - dan mungkin ia adalah daya penggerak di bahagian lain sistem solar. Manifestasi gunung berapi di planet lain berbeza daripada di Bumi juga - beberapa tempat menghasilkan bulu letusan gergasi (seperti pada Io) dan beberapa mungkin menghasilkan bulu yang sangat kecil (seperti gunung berapi yang baru dikenal pasti di Venus), jadi mengapa mereka sangat berbeza?

Lihatlah tempat seperti bulan Jupiter, Io. Bulan kecil yang menawan ini ditutup hampir ke dinding-dinding dengan deposit gunung berapi geologi-baru-baru ini (lihat di atas) terima kasih kepada kekuatan pasang surut yang dikenakan oleh graviti Jupiter. Apabila New Horizons diluluskan oleh Io pada tahun 2007, kapal angkasa (menuju ke Pluto-Charon) menangkap urutan bingkai yang menunjukkan bulu vulkanik gergasi dari Tvashtar Patera (bersama-sama dengan beberapa bulu halus dari Masubi dan Zal; lihat di bawah). Menggunakan saiz Io, anda boleh menganggarkan ketinggian bulu yang menonjol dari Tvashtar Patera, dan ia mencapai kira-kira 165 km. Yang besar, walaupun untuk piawaian daratan di mana bulu tertinggi yang kita ketahui mungkin mencapai 60-70 km (dari letusan 186 Taupo AD). Sekarang, untuk memberi anda gambaran betapa besarnya yang mengecilkan pada skala Bumi, jika letusan di sini menghasilkan bulu yang tinggi seperti bulu Tvashtar berbanding dengan saiz Bumi, ia akan melebihi 560 km tinggi! Berapa tinggi itu? Nah, Stesen Angkasa Antarabangsa mengorbit pada ketinggian antara 330 dan 435 km.

[HTML1]

Oleh itu, mengapa tidak kita mempunyai bulu-bulu letusan setinggi itu di Bumi? Nah, terdapat beberapa faktor yang mengendalikan seberapa tinggi bulu vulkanik yang mungkin dan ia boleh direbus persamaan mudah (baik, agak mudah): H = k (MΔT) 1/4 . Dalam persamaan ini, H adalah ketinggian plum dalam kilometer, M adalah laju pelepasan letusan (berapa banyak bahan yang meletus setiap unit masa - biasanya dalam m3 / s) dan ΔT adalah perbezaan suhu antara bahan letusan ( panas, biasanya antara 750-1200ºC) dan atmosfera (di Bumi, agak sejuk, melayang di antara -10-25ºC di permukaan).

Sekarang, k sedikit lebih rumit. Ia boleh dianggap sebagai pekali entrainment yang menggulung banyak faktor bersama-sama dengan atmosfer ke mana plum itu meletus. Sekurang-kurangnya, suasana yang lebih tebal dan lebih bergelora, k menjadi lebih kecil. Ini bermakna bahawa di planet dengan atmosfera tebal, padat, bergelora, kita harus mengharapkan bahawa bulu-bulu tidak dapat mencapai yang sangat tinggi, sementara planet dengan atmosfera yang tipis, bulu-bulu itu bisa menjadi lebih tinggi.

UPDATE 5:45 PM 17 Mac : Saya ingin menambah komen ini pada k dan persamaan ketinggian penuh yang ditinggalkan oleh Rudigar Escobar Wolf. Saya fikir ia membantu memahami beberapa isu di sini:

Faktor "k" dalam persamaan H = k (MΔT) 1/4 juga merupakan fungsi haba spesifik campuran yang meletus dan kecekapan yang mana haba dipindahkan dari pyroclast ke cecair atmosfer yang terselindung, sekurang-kurangnya dalam model bulu klasik (contohnya Morton 1953 kemudiannya digunakan pada bulu vulkanik oleh Wilson et al, 1978), jadi k bukan hanya bergantung pada sifat-sifat atmosfera tetapi juga pada campuran sifat letusan. Lebih jauh lagi, k juga merupakan fungsi kadar kelewatan alam sekitar dan adiabatik, yang menentukan betapa mudahnya perolakan itu, bukannya betapa tebal dan gelora suasana. Tetapi mungkin lebih relevan daripada semua ini adalah kenyataan bahawa dalam atmosfera yang sangat tipis (atau tidak ada), contohnya Io, Bulan dan mungkin Marikh, persamaan ini sama sekali tidak relevan! Seperti yang dijelaskan oleh Wilson (dalam rujukan yang anda sebutkan), dalam suasana yang sangat nipis (atau tidak ada), pyroclast akan mengikuti trajektori balistik tanpa banyak campur tangan atmosfera (hl 394 - 395).

Jika kita melihat beberapa pembolehubah lain, kita boleh mula melihat mengapa bulu Io mungkin lebih tinggi. Kita sudah boleh mengandaikan bahawa k adalah besar untuk Io (berbanding Bumi), kerana ia mempunyai suasana yang sangat nipis dan lemah (jika ada), berbanding Bumi. Ini bermakna bahawa terdapat tekanan yang lebih sedikit terhadap magma yang semakin meningkat, jadi gelembung membentuk lebih cepat, menyebabkan pemecahan.

yang bermaksud letusan letupan. Dalam erti kata, jika terdapat sebarang gas yang dibubarkan dalam lava yang meletus pada Io, letusan itu akan meledak.

Jika kita berfikir tentang perbezaan suhu, Io mungkin mempunyai ΔT yang jauh lebih besar daripada letusan Bumi, kerana lavas Io dianggap meletus pada suhu purata yang lebih tinggi, lebih dekat dengan ~ 1300-1400ºC, berbanding di Bumi (biasanya 750- 1200ºC). Suhu permukaan Io jauh lebih rendah juga, purata lebih dekat kepada -130ºC. Kedua-dua faktor tersebut membantu untuk menghasilkan Io yang lebih tinggi.

Bagaimana dengan letusan letusan letusan pada Io relatif terhadap Bumi? Di Bumi, kadar pelepasan purata untuk letupan letupan besar berada di 100s-1000s m 3 / s. Kadar letusan puncak pada Io dianggap lebih tinggi daripada itu, dengan perkiraan ~ 6, 000-18, 000 m 3 / s. Jadi, walaupun kadar di mana letusan melepaskan bahan ke atmosfera lebih tinggi pada Io.

Letakkan semua faktor ini bersama-sama, dan lebih mudah untuk melihat mengapa bulu pada Io kelihatan sangat besar mengikut kadar letupan letupan di Bumi. Kekunci di sini ialah syarat-syarat di Io membolehkan magma mudah dipecahkan (jika ia mempunyai volatil yang mencukupi yang dibubarkan di dalamnya, seperti air atau karbon dioksida) dan pemecahan menyebabkan letupan letup.

Jadi, apa yang berlaku di hujung spektrum yang lain?

Tahun ini di Persidangan Sains Lunar dan Planetarium, Shalygin dan lain-lain menyampaikan penemuan mereka mengenai volkisme aktif di Venus. Menggunakan imejan dari misi ESA Venus Express, mereka mendapati "terang" bintik-bintik di permukaan planet di Ganiki Chasma yang tidak lama lagi - muncul dalam satu pasir pencipta dan menghilang di kemudian hari, pada masa-masa yang berlalu. Sekarang, terdapat beberapa tafsiran yang berpotensi untuk "titik-titik terang" ini, tetapi mereka mentafsirkan aliran lava berpotensi aktif atau bulu vulkanik yang rendah. Ini akan menjadi pemerhatian pertama proses vulkanik aktif di Venus, walaupun misi sebelumnya telah menunjukkan bahawa banyak permukaan Venus kelihatan muda secara geologi (lihat di atas, betapa muda adalah perdebatan aktif), sehingga proses geologi masih berputar di planet ini .

Sekarang, jika kita berfikir tentang kawalan pada ketinggian bulu gunung berapi, kita mungkin meramalkan bahawa bulu-bulu harus lebih kecil pada Venus. Suhu permukaan pada Venus adalah ~ 460ºC, jauh lebih tinggi dari sama ada Bumi atau Io. Ini bermakna bahawa ΔT adalah lebih kecil. Kita juga boleh mengandaikan bahawa k, pekali pendaratan, akan menjadi lebih kecil kerana atmosfera lebih padat dan lebih bergelora daripada atmosfera bumi atau Ioian kita.

Kadar pelepasan letupan di Venus jauh lebih sukar untuk dianggarkan kerana kita tidak dapat melihat sebarang letusan yang berlaku secara aktif (di luar bukti keadaan dari Ganiki Chasma. Kita dapat menganggap, berdasarkan pemerhatian tangan pertama permukaan Venus oleh pendarat Venera dan oleh tafsiran bentuk tanah yang dilihat oleh misi-misi lain dari ruang yang kebanyakan permukaan bumi adalah basaltik. Ini bermakna kadar pelepasan daratan seperti berlaku.

Letakkan semua faktor ini bersama-sama dan anda dapat melihat mengapa kita belum dapat melihat apa-apa bulu vulkanik sebenar dalam suasana Venus walaupun ia hanya kira-kira setebal Bumi. Lonjakan bulu dari letusan Venutian haruslah lebih pendek bahawa rakan-rakan Bumi mereka dengan anggapan kadar pelepasan adalah sama. Secara keseluruhan, letusan permukaan pada Venus mungkin merasakan tekanan yang sama seperti letupan kapal selam darat. Oleh itu, di sini kita mempunyai kebalikan dari Io, di mana bukannya meningkatkan pemecahan magma, kita mengurangkannya, menyebabkan punca letupan yang kurang apabila berlaku letusan.

Semakin kita melihat sekitar sistem solar, semakin banyak kita melihat bentuk gunung berapi yang berlainan, sama ada gunung berapi silikat seperti yang kita ada di Bumi dan Io (dan mungkin Venus dan Marikh) atau cryovolcanisme yang telah kita perhatikan pada Enceladus, Titan atau Triton. Ingat, gunung berapi berlaku kerana haba berlebihan cuba melarikan diri dari bahagian dalam planet atau bulan, jadi di mana kita mendapati gunung berapi, kita tahu kita mempunyai haba.

dan haba adalah salah satu bahan utama untuk kehidupan. Kami tidak tahu sama ada mereka berjalan-jalan, tetapi beberapa tempat terbaik untuk mencari kehidupan di dalam sistem solar mungkin menjadi tempat yang paling dekat dengan gunung berapi.

Rujukan

Wilson, L., 2009. Vulkanisme dalam Sistem Suria. Alam Geosains : vol. 2, ms 389-397.

Video: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute


Artikel Yang Menarik

Kredit: Albozagros Genetik dan sejarah Tibet sangat menarik bagi kebanyakan orang. Sejujurnya, sebab utama di sini ialah ketinggian. Dataran Tibet telah berkhidmat sebagai sebuah kubu bagi penduduk yang telah menyesuaikan diri secara biologi dan kultur kepada keadaan yang melampau. Secara semulajadi, ini bermakna terdapat genetik populasinya yang saksama di Tibet, kerana hipoksia adalah kesan sampingan hidup ketinggian yang tinggi yang memberi impak secara dramatik

Ia Bukan Haba, Ia adalah Kelembapan: Elektrik Dari Udara

Ia Bukan Haba, Ia adalah Kelembapan: Elektrik Dari Udara

Siapa yang memerlukan Encik Fusion jika anda boleh menarik tenaga langsung dari udara? Satu pasukan saintis dari University of Campinas di Brazil berusaha mencari jalan keluar dari udara dalam kelembapan yang tinggi, pergi jauh untuk menerangkan asal-usul kilat, dan menawarkan janji kuasa yang boleh diperbaharui untuk San Francisco dan New England, di mana kelembapan berlimpah dan cahaya matahari, tidak begitu banyak

Dye Fluorescent untuk Tumor Kini Diuji di Orang

Dye Fluorescent untuk Tumor Kini Diuji di Orang

Racun dari salah satu spesies paling berbahaya di dunia, kalajengking kematian penjahat Israel, dapat menyelamatkan nyawa pesakit kanser. Molekul pengesan kanser yang terdapat dalam racun, apabila dipadankan dengan pewarna bercahaya, menyediakan saintis cara baru untuk melihat tumor semasa pembedahan

Evolution Ulasan The Tangled Bank:  "Radical "

Evolution Ulasan The Tangled Bank: "Radical "

Bank Tangled mendapat ulasan tiga muka dalam terbitan terbaru Evolution , jurnal utama dunia mengenai biologi evolusi. Pengulas, Judith Bronstein dan Peter Reinthal dari University of Arizona, mempunyai perkara yang sangat baik untuk dikatakan. Berikut adalah beberapa petikan yang membuatkan saya tersenyum: Setiap bab berbunyi lebih seperti naratif yang menarik atau artikel akhbar tingkat pertama daripada sebagai buku teks (secara klasik, agak kering)

Stimulasi adalah penting

Stimulasi adalah penting

Hari kedua Persidangan Biologi Pemuliharaan Persatuan. Walaupun saya suka perkara ini, saya mengakui ada masa saya duduk dalam ceramah dan mata saya berat dengan kebosanan. Ini fenomena yang sama berlaku di pejabat kongres selama taklimat panjang yang membosankan ketika kita orang-orang dipinjam dan dirangsang

California Mengumumkan Pelan Ambisi untuk Memotong Gas Rumah Kaca

California Mengumumkan Pelan Ambisi untuk Memotong Gas Rumah Kaca

Beberapa minggu selepas Senat AS gagal meluluskan satu set peraturan untuk melambatkan pemanasan global, keadaan California menunjuk jalan ke hadapan. Pengawal udara California hari ini mengumumkan pelan berani untuk mengurangkan pelepasan gas rumah hijau yang akan mengubah cara utiliti menjana elektrik, pembuat kereta membina kereta dan pemaju membina bangunan, dan melancarkan pasaran luas negara dalam perdagangan kredit karbon