行星地质

宇宙学术语

行星地质，人类尚不能直接到达地球外的行星进行科学勘察与研究，只能根据行星探测器发回来的信息，研究太阳系内各行星的表面特征、地质构造、磁场状态、内部构造和演化历史。

解释

对太阳系各行星都获得了不同程度的探测信息。对类地行星的研究有如下认识。水星地质　水星是离太阳最近的行星。其赤道直径约4 880千米，密度为5.42克/厘米3，质量为3.30×1026克。

水星表面有一层很稀薄的大气，成分见行星大气。水星表面布满了大小不等的环形山和盆地，以及许多由于内部冷却收缩（壳收缩）而成的、延伸几百千米的悬崖。环形山的直径一般不及20～50千米，个别可达100～200千米。

卡路里盆地直径约1 400千米，与月球上的雨海盆地一样，也为后期的火山熔岩所充填。这些古老的环形山和盆地年龄为30亿～40亿年。

地貌特征表明，水星形成后没有发生过巨大的地壳构造运动，也没有观察到类似地球的板块运动。水星表面磁场强度为350～700纳特。

磁场方向与自转轴近似，属偶极场。磁力线受太阳风的压力而变形，形成磁层，与地球磁层十分相似。水星属类地行星，故内部结构与地球类似。

外壳厚约500千米，主要由硅酸盐组成；固体硅酸盐的水星幔厚约200千米；铁–镍金属的核半径约1 700千米。核幔交界处的温度推测为1 400～2 000K，压力为1万兆帕。

水星的地质演化大致可分为5个阶段：

①早期行星分异，形成壳、幔和核；

②星子猛烈轰击和水星壳收缩形成复杂的舌状悬崖；

③约40亿年前轰击后期，形成卡路里盆地及多山地形；

④全球性的玄武岩喷发，形成广阔的平原及平原物质充填卡路里盆地等低洼地区；

⑤在平原上发生轻的星子（陨石）撞击作用，形成晚期或叠加的环形山地形。金星地质　金星为离太阳第二近的行星。自1961年以来，苏联和美国相继发射了20多个行星际探测器，获得了大量有价值的资料，为金星地质研究提供了科学依据。金星有浓密的大气层，成分主要为CO2（约占95％）。由于温室效应，金星大气的表面温度高达750K。其表面大气压约为地球的92倍。金星上的岩石多有尖锐的棱角。“金星”10号着陆区密布风化成薄饼状的熔岩；物质密度为2.8克/厘米3，与火成硅酸岩成分十分相近。其表面物质为类似于硅酸盐的土壤。“金星”8号着陆点的成分与花岗岩类似。金星磁场极为微弱，表面磁场约为18～29纳特，主要是太阳风与电离层相互作用引起的感应磁场。据热历史的计算，金星形成后约10亿年，分异形成约100千米厚的壳（主要成分是硅酸盐和碳酸盐）、3 000千米厚的幔（上幔为熔融硅酸盐，厚约800千米；下幔为固化物，厚约2 200千米）和半径约3 000千米的熔融状铁–镍核；并伴随广泛的除气作用。

金星地质演化大致可分为：

①早期分异形成花岗岩质壳，随后受到密集陨石的轰击。

②由于幔的对流作用，在低处形成薄的壳，高处形成厚的壳。

③由于幔中的热柱或对流中心的挤压上升，形成高地。

④玄武岩质熔岩和细粒物质充填低凹处与起伏平原的冲击坑。

⑤形成火山盾。

⑥间歇的构造活动及火山喷发。迄今金星内部的能量仍足以产生明显的构造岩浆活动。由于金星的大小和质量与地球相近，因而对它的研究有助于加深对地球演化的了解。火星地质　火星是离太阳第四近的行星。火星的两颗卫星（火卫一和火卫二）反照率都很低，可能是由类似碳质球粒陨石的物质组成。

1962年以来，苏联发射的“火星”号系列探测器对火星进行了探测，其中“火星”3号登陆舱实现了软着陆。

1964年以来，美国发射的“水手”号系列和“海盗”号系列对火星进行了探测，从“水手”4号飞经火星附近时拍摄的照片中发现火星表面有许多类似月球上的环形山。所有这些探测，为火星地质的研究提供了依据。根据探测结果绘制了火星地质图。

2003年6月2日，欧洲宇航局第一个火星探测器“火星快车”成功升空，可惜它搭载的“猎兔犬2号”在火星赤道以北的伊希迪斯平原降落后出了故障。同年6月10日搭载迄今最尖端的“勇气”号火星车的美国火星着陆器升空。7月7日，美国“机遇”号火星车追随“勇气”号而来，踏上火星寻找水与生命痕迹的漫漫旅途，标志着人类探测火星新的活跃期的开始。2008年5月25日美国“凤凰”号火星探测器在火星北极成功登陆，按计划实施为期90天的探测任务。火星有一层稀薄的大气，由CO2、少量的N2、Ar与微量的O2、CO、水汽、惰性气体组成。火星大气的惰性气体丰度与地球大气相近，12C/13C和16O/18O值也类似于地球，但主要成分及14N/15N、40Ar/36Ar和129Xe/132Xe值与地球值明显不同，表明这两颗行星的挥发性元素有不同的演化历史。

一般认为，火山喷发和不太强烈的除气作用是火星大气和挥发物的主要来源。火星的气温低，内部除气作用排出的挥发物质可冷凝保存于极地的冰冠或广泛分散在永久冻结带中，有些水呈土壤的结合水，土壤也吸收有大量的CO2；加上火星质量较地球小，气体容易逃逸，因而火星大气稀薄，大气中的水汽含量极低。火星大气平均温度的周日变化大，平均表面温度日变化的极大值为289K，极小值为170K。大气温度存在季节变化和纬度变化。火星表面大气随位置和季节变化，平均压力为7.7毫巴。平均风速约为4.3米/秒（最低为1.1米/秒，最高为7.2米/秒），尘暴时风速达44.5米/秒，强烈的尘暴对火星表面物质的搬运起重要作用。有时强烈的尘暴可持续几个月之久。火星表面可划分为密布陨石撞击坑的古老地区、比较年轻的火山平原区、巨大的火山地盾与广阔的沉积物区。

表面地形有如下特征：

①南半球高，崎岖不平；北半球低而平坦。

②布满了众多大小不同的陨石撞击坑。坑的直径一般为0.8～50千米，大的可达1 600千米。

③有大的火山盾、圆丘及火山锥。如奥林波斯山火山盾的直径达600千米，顶部有玄武岩构成的火山口。火星表面的广大地区覆盖着喷出岩，构成了火山组成的平原、山脉及沟槽地形。

④有强烈的构造活动形成的构造地堑。

⑤有峡谷和运河。

⑥有高达2 000米、延伸1 000多千米的悬崖峭壁。

⑦有与月海相似的圆形大盆地。

⑧有各种风成沉积地形和砂丘。

⑨由于极区冰川的作用，把各种碎屑物质搬运至中纬度地区并形成冰川侵蚀地形。根据美国两个“海盗”号降落器的探测，着陆点附近有大量红色细粒物质与角状的岩石碎块，它们的化学成分为(％)：SiO242.8～44.7，Al2O35.5～5.7，Fe2O318.0～20.3，MgO8.3～8.6，CaO5.0～5.6，K2O﹤0.3，TiO20.9～1.0，SO36.5～9.5，Cl0.6～0.9；微量元素有Rb、Sr、Y与Zr等。经过一系列火星轨道器的探测，证明火星缺乏全球性偶极磁场，发现火星具有极其复杂的多极子磁场。火星形成于约46亿年前，后来分异形成Fe–FeS核，并有钾进入硫化铁中。由于40K的衰变提供热源，故在火星早期分异和形成核时并不要求高的初始温度。按火星的密度和平衡凝聚模型估算，火星壳厚约为200千米，富铁的硅酸盐幔约为1 200千米，火星平均核半径约为1 900千米，表面的热流值为4.3×10–2焦/（米2·秒）。热历史的计算表明，火星的岩浆与构造活动在其演化的早期阶段就开始了，最强烈的活动期可能发生于最近20亿年。火星表面特征的地质解释说明了以下的演化过程：

①形成后不久便分异形成壳、幔和核。

②表面受到强烈的陨石轰击并形成大量的环形坑。

③强烈的火山作用和构造活动形成玄武岩平原，之后壳上升发育深大断裂并受到侵蚀，开始形成火山盾。

④中等程度的构造、火山活动、风和水的侵蚀作用形成沉积物。火星在地质上可能是宁静的。

推荐书目

格拉斯BP.行星地质学导论.陈书田,于纯仁,郭文蓉等,译.北京:地质出版社,1986.　MUTCHTA,ARVIDSONRE,HEADJWⅢ,etal.TheGeologyofMars.Princeton,N.J.:PrincetonUniv.Press,1976.

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