Góry Io

Góry są szeroko rozmieszczone na powierzchni Io , najbardziej wewnętrznego dużego księżyca Jowisza. Istnieje około 115 nazwanych gór ; średnia długość wynosi 157 km (98 mil), a średnia wysokość to 6300 m (20700 stóp). Najdłuższy ma 570 km (350 mil), a najwyższy to Boösaule Montes, na wysokości 17 500 metrów (57 400 stóp), wyższy niż jakakolwiek góra na Ziemi . Góry Jońskie często pojawiają się jako duże, odizolowane struktury; nie jest widoczny żaden globalny wzór tektoniczny, w przeciwieństwie do Ziemi, gdzie dominuje tektonika płyt .

Io jest wyjątkowy ze względu na silne ogrzewanie pływowe , jakiemu podlega, spowodowane mimośrodowością swojej orbity (co wynika z jej rezonansu z Europą i Ganimedesem ) w połączeniu z bliskością i wielką masą Jowisza. Prowadzi to do powszechnego i intensywnego wulkanizmu. Większość wulkanów na Io ma niewielką ulgę; te, które można uznać za góry, są na ogół mniejsze niż góry utworzone w wyniku procesów tektonicznych, mają średnio tylko 1000 do 2000 metrów (3300 do 6600 stóp) wysokości i 40 do 60 kilometrów (25 do 37 mil) szerokości. Kilka geodynamiczne Io, ale proces budowy gór tektonicznych jest nadal niejasny i dyskusyjny. Uważa się jednak, że jest to związane ze stresem spowodowanym przez szybkie wulkaniczne odnawianie powierzchni ciała.

Mapa powierzchni Io na podstawie zdjęć z misji Galileo i Voyager .

obserwacje

Aby zbadać pochodzenie gór Io, konieczna jest klasyfikacja typów morfologicznych i opis cech morfologicznych.

Typy morfologiczne

Zidentyfikowano cztery typy morfologiczne gór.

Mesa: góra o płaskim wierzchołku i stosunkowo gładkiej powierzchni. Odróżnienie płaskowyżu od zerodowanych warstwowych równin może być trudne. Dobrym przykładem tego typu morfologicznego jest Ethiopia Planum . Jedenaście gór na Io jest sklasyfikowanych jako płaskowyże.
Płaskowyż: wzniesiona równina o nierównej powierzchni. Na płaskowyżu nie ma stromego ani wyraźnego szczytu. Dobrym przykładem tego typu jest Iopolis Planum. Około 46% gór Jońskich należy do tego typu morfologicznego.
Grzbiet: podwyższona struktura zdominowana przez jedno lub więcej liniowych lub łukowatych wzniesień. Do tego typu skatalogowano 28 (24%) gór na Io.
Masyw : wzniesiona struktura zdominowana przez nierówną lub złożoną powierzchnię i ma jeden lub więcej wierzchołków. Dobrymi przykładami są Boösaule Montes i Tohil Mons .

Podstawowe skarpy na Io. To zdjęcie wykonane przez sondę kosmiczną NASA Galileo podczas jej bliskiego przelotu w pobliżu Io 25 listopada 1999 r., pokazuje niektóre z dziwnych gór tam znalezionych. Zachodzące słońce po lewej stronie wyolbrzymia cienie rzucane przez góry. Mierząc długość tych cieni, naukowcy Galileo mogą oszacować wysokość gór. Góra na lewo od środka zdjęcia ma wysokość 4000 m (13 000 stóp), a mały szczyt w lewym dolnym rogu ma wysokość 1600 m (5200 stóp).

Patera i płaskowyż na Io. Należąca do NASA sonda kosmiczna Galileo wykonała zdjęcia tej mozaiki Hi-iaka Patera (ciemne zagłębienie o nieregularnym kształcie w środku zdjęcia) i dwóch pobliskich gór 25 listopada 1999 r., podczas swojej 25. orbity. Ostry szczyt na górze zdjęcia ma około 11 000 m wysokości, a dwa wydłużone płaskowyże na zachód i południe od kaldery mają około 3500 m wysokości. Grzbiety na północno-zachodniej górze są często widoczne w górach Jońskich i uważa się, że powstały, gdy materiał powierzchniowy ześlizguje się w dół zbocza pod wpływem grawitacji.

Mesa na Io. Tym przykładem jest Tvashtar Mesa. Ma bardzo płaską górę i ostrą granicę.

Masowe marnowanie i warstwowa równina na Io. Kształt Eubea Montes, zwłaszcza grube, prążkowane złoże północnej flanki, jest interpretowany przez Schenka i Bulmera jako dowód zniszczenia zbocza wzdłuż całej ściany północnej flanki. Północna część obrazu przedstawia warstwową skorupę oznaczoną jako „gładka warstwowa”.

Wspólne cechy

Podsumowano kilka wspólnych cech gór jońskich.

Skarpy podstawy: skarpy podstawy zawsze pojawiają się jako ostra granica gór Jońskich, które oddzielają góry od równin wulkanicznych. Zaobserwowano, że większość gór jońskich ma tę cechę. Podstawowe skarpy mają od dziesięciu do kilkuset metrów wysokości. Czasami skarpa jest rozpoznawana na obrazach o wysokiej rozdzielczości jako margines fartucha gruzowego. Przykładem jest Iopolis Planum.
Przechylony blok: błędy ciągu zostały zinterpretowane jako związane przechylone bloki na Io. Pochylone bloki mają wielokątny kształt i zakrzywione grzbiety. Jednym z przykładów jest Eubea Montes . Ziemską analogią są Black Hills w Południowej Dakocie.
Masowe wyniszczanie: w sąsiedztwie gór jońskich zaobserwowano kilka rodzajów osadów związanych z ruchem masowym. Ruchy bloków w dół zbocza odnotowano co najmniej w jednym miejscu, Eubea Montes . U podstawy stromych zboczy występują osady wachlarzowate, przypominające fartuchy gruzowe. Prążkowane lub karbowane powierzchnie niektórych gór, takich jak północne Hi'iaka Montes, mogą powstać w wyniku pełzania warstwowej skały w dół zbocza.
Warstwowa skorupa: górna skorupa jońska może być warstwowa, jak sugerują płynne obserwacje: góra wypiętrzona na 17 000 m (56 000 stóp) i odsłonięta sekcja skorupy na Eubea Montes , różne kolorowe jednostki odsłonięte na Haemus Mons, prążkowanej jednostce na szczycie północnej Hi'iaka Montes oraz prążki na górach, takich jak Haemus Mons i Tohil Mons .

Przechylony blok na Io

Stresy

Stres odgrywa ważną rolę w powstawaniu gór Io. Uważa się, że za deformację litosfery odpowiedzialne są różnego rodzaju naprężenia. Fałdowanie i uskoki tworzą wszelkiego rodzaju cechy topograficzne na Io.

Przeciążenie: na Io proces odnawiania powierzchni wciąż tworzy nowe warstwy na powierzchni i spycha starszą warstwę w dół. Naprężenie nadkładu to naprężenie wywierane na starszą warstwę skały przez ciężar leżącej na niej młodszej warstwy skały. naprężenie poziome ( $)$ jest mniejsze niż pionowe obciążenie ( o współczynnik $nu$ $Displaystyle$ / (1- ${\ Displaystyle \ nu}$ ), gdzie ${\ Displaystyle \ nu}$ jest współczynnikiem Poissona (wartość wynosi 0,25 dla skały)/ref>. Naprężenie różnicowe wynosi ( $\ sigma _ {v}}$ - ( $Displaystyle$ ). To naprężenie rozciągające jest niewystarczające, aby spowodować uskoki na Io, ponieważ wartość jest mniejsza niż reguła Byerlee'a dla zniszczenia skały w rozciągnięciu. Jednak naprężenie przeciążeniowe może przyczynić się do powstawania uskoków w połączeniu z innymi naprężeniami
Stres osiadania: ciągłe zakopywanie starszej skorupy przez młodszą skorupę powoduje wypychanie starszej skały do wewnątrz do kuli o mniejszym promieniu. To osiadanie starszej skorupy może oznaczać ogromne poziome naprężenia ściskające. Naprężenie to jest związane z szybkością wynurzania (v), promieniem Io (R), odległością osiadania (ΔR) i modułem Yonga. Naprężenie poziome wywołane osiadaniem jest równe E/(1-V)× ΔR/R. Ten stres jest więcej niż wystarczający, aby spowodować błąd na Io.
Stres termiczny : stres termiczny jest kolejnym możliwym źródłem naprężeń na Io, ponieważ wzrost temperatury w skorupie Io może powodować rozszerzanie się skorupy. Całkowite ciepło pływowe generowane w Io jest rozpraszane w procesach wynurzania i przewodzącego przepływu ciepła. Im więcej ciepła zużywa się podczas odnawiania nawierzchni, tym mniej ciepła może stać się przewodzeniem ciepła i tym mniej naprężeń termicznych jest powodowanych przez ciepło. Stres termiczny jest ważny, ponieważ może być generowany wszędzie i zawsze, gdy produkcja wulkaniczna jest mniejsza niż energia cieplna pływów.

Modele geodynamiczne

Ze względu na silne ogrzewanie pływowe, Io jest bardzo aktywny geologicznie i jest odnawiany wulkanicznie przez osady law i pióropuszy z dużą szybkością (około 1 centymetra (0,39 cala) rocznie). Zaproponowano kilka modeli powiązania tego procesu odnawiania powierzchni z akumulacją naprężeń w litosferze.

Na Io zaobserwowano wiele gór wyższych niż 10 000 m (33 000 stóp). Oznacza to, że Io ma grubą skorupę. W artykule O'Reilly'ego i Daviesa z 1981 roku zaproponowali, że część ciepła w Io jest transportowana przez adwekcję. Magma z głębin unosi się na powierzchnię przez izolowane otwory wentylacyjne, a następnie rozprzestrzenia się i ochładza na powierzchni. Stała litosfera opada pod wpływem stale generowanego strumienia nowej lawy. Stały materiał jest ogrzewany przez przewodzenie u podstawy litosfery i ponownie się topi.

Uskoki ciągu i wypiętrzenie dużych bloków skorupy na Io są interpretowane przez model zaproponowany przez artykuł Schenka i Bulmera z 1998 roku. W modelu skorupa Io wciąż się poddaje recyklingowi. Gwałtowna aktywność wulkaniczna wydobywa lawę na powierzchnię, a starsze, zakopane warstwy są zmuszone do osiadania. Stare materiały skorupy wulkanicznej są ściskane bocznie podczas tonięcia.

Późniejszy model przedstawia więcej szczegółów. Io składa się z ciągłego stosu maficznych i ultramaficznych . Po ostygnięciu i zakopaniu nowych wybuchów materiałów wulkanicznych stos skał twardnieje i tworzy podłoże skalne. Skały macierzyste pękają w wyniku wyginania się pływów, kompresji na głębokości, intruzji wulkanicznej i innych mechanizmów, a następnie są rozbijane na duże bloki o średnicy stu kilometrów. Produkty magmatyzmu, takie jak progi, groble i batolity może wnikać w warstwy układających się wulkanów, tworząc złożoną skorupę. Czasami duże bloki skorupy są obracane i popychane wzdłuż głęboko zakorzenionych uskoków ciągu. Proces ten może odsłonić przekrój skorupy na powierzchnię, jak na Eubea Montes . Później bloki te mogą również ulec erozji w wyniku masowego wyniszczenia i ponownego zakopania w wyniku późniejszego wulkanizmu . U podstawy skorupy materiały ponownie spotykają się z ciepłem. Kompresja na głębokości spowodowana globalnym zakopaniem i osiadaniem może również powodować plastyczną deformację, taką jak fałdowanie skorupy.

Proces odnawiania powierzchni na Io. Ogromne ogrzewanie pływowe powoduje wysoce aktywną aktywność wulkaniczną Io. Nowo utworzone powierzchnie wypychają stare powierzchnie do wewnątrz. Główne naprężenia związane z tym procesem są zaznaczone na tym obrazie.

Geodynamiczny model Io. Gwałtowna aktywność wulkaniczna powoduje szybkie wynurzanie się na Io. Nowo uformowane powierzchnie nadal wypychają starszą warstwę do wewnątrz. Gdy starsza warstwa jest ściśnięta do mniejszej kuli, pozioma siła ściskająca powoduje skrócenie (skurcz poziomy) starszej warstwy.

Góry i patery

Obserwuje się, że Paterae i góry pojawiają się blisko siebie na Io. Ta obserwacja wskazuje, że te dwie struktury są w jakiś sposób powiązane. Ponieważ Io ma silne ogrzewanie pływowe i bardzo gwałtowną aktywność wulkaniczną, wnętrze Io powinno być energicznie konwekcyjne). Zlokalizowane regiony upwellingu i downwellingu materiału płaszcza mogą wpływać na pole naprężeń w litosferze Io. Diapir płaszcza wypornościowego może miejscowo zwiększać naprężenia ściskające, które mogą być wystarczające do rozwoju uskoków ciągu . Ten mechanizm przewidywałby zakrzywione i okrągłe góry, gdyby był odpowiedzialny za inicjujące uskoki. Jednak obserwuje się, że wiele gór Jońskich ma proste brzegi. Ta sprzeczność wskazuje, że błędy istnieją przed podniesieniem diapirów. Zatem diapiry zapewniają jedynie mechanizm ogniskowania naprężeń w litosferze Io. Pęknięcia, które nie są pod wpływem naprężeń ściskających wywołanych przez podstawowe procesy diapiracji, mogą służyć jako kanały, przez które stopiony materiał wybucha na powierzchnię. Tymczasem w ujęciu globalnym na Io obserwuje się antykorelację między rozmieszczeniem gór i ośrodków wulkanicznych. Może to odzwierciedlać globalny wzór konwekcji. Na półkuli zdominowanej przez upwelling znajduje się więcej ośrodków wulkanicznych. Na półkuli zdominowanej przez downwelling jest więcej gór.

Zobacz też

Linki zewnętrzne