发信人: zac37.bbs@ptt.cc (XD) 看板: astronomy
标  题: Re: [问题] 行星上的地质活动…
发信站: 批踢踢实业 (2011/01/03 Mon 15:00:12)

※ 引述《arkdj (□断)》之铭言：
: 如题…
: 我们都知道地球上有活跃的地质活动…
: 形成各式各样的地形…
: 褶皱山脉、海沟、火山、裂谷…等…
: 但目前科学已知地壳活动较剧烈的似乎只有地球及木卫一埃欧上才有…
: 其他星球上或许无法证实有无火山运动…
: 但火星及金星上甚至连"板块运动"都没有…
: 造就成地壳下的"热点"不断往上堆积火成岩…
: 形成著名的奥林帕斯火山(高度21229m)…
: 火星上有和地球相似的地质条件(地核、地函、地壳)…
: 虽成份不同…但行星的"内热"均存在…
: 小弟不懂为何其他星球上的地质活动似乎停滞在数亿年前…
: 有请版上高手解惑…


小弟我目前在美国念研究所，论文是做行星地质学相关，刚好又修了一些行星地质学的

课，所以尝试回答这个问题… 也是我第一次在这边发文 请多多指教



地球是太阳系中唯一有板块运动(Plate Tectonics)的行星，且板块运动现在也持续运行

中，所以造成地球上现在有隐没带(subduction zone): 将较老的板块消灭，也有中洋脊

-- 产生新的地壳，同时有地函热柱上升(mantle plume): 热点(hot sopt)及火山活动，板

块互相挤压碰撞，造山运动，地形上又有河流侵蚀或风蚀作用，形成非常多样化的地貌结

构，像是褶皱山脉、海沟、火山、裂谷等。



想要了解为何在太阳系中，只有地球有板块运动，可以运用比较行星学的观念

(Comparative Planetology) 来解答，我们将地球的物理及化学特性与其他行星来作比较

，像是行星大小，质量，密度，内部构造，成份，行星与太阳间的距离，还有行星形成的

历史，每颗行星都有著独一无二的历史。



地球的板块运动

板块在塑性(plastic)的软流圈上移动，由地函热柱(mantle plume)上升及下降，产生对

流，进而驱动板块移动，所以从我们所居住的地球可以了解，在行星上假如要有板块运动

，就需要下列条件存在: (1)塑性软流圈、(2)地函热柱对流



所以我们现在来比较行星的冷却率，行星大小，还有行星与太阳的距离

(1) 行星冷却率 (cooling rate)

太阳系於46亿年前形成，每颗行星有很高的温度，所以行星是处於热融的状态，於44-45

亿年前左右，才逐渐冷却下来，行星所含有的元素及物质，开始分离(differentiate)，

较重的元素(铁镍)往内部聚集，慢慢形成行星的地核与地函，较轻的元素(Silicate矽酸

盐类)往外形成地壳，体积小的行星，冷却较快，所以元素及物质没有充份时间完全分离

，水星与火星比地球小，目前研究认为，由於他们的快速冷却，形成了较厚的岩石圈

(thick lithosphere)，所以水星，火星，还有月球，被称为单一板块的行星(one-plate

planets) ，岩石圈太厚，比较不容易有板块隐没发生，不易产生板块运动。


(2)放射性同位素 (radiogenic isotope)

与地球比较，火星与月球，含有比较少的)放射性元素 U, Th, K 所以没有办法提供足够

的内热(internal heat)及地函的对流(mantle convection)来启动板块运动发生。


那金星呢? 金星和地球差不多大，而且也有足够的放射性原素来产生内热，为何金星没有

板块运动?


(3)水的含量

目前的研究显示，由於金星离太阳比较近，金星比地球要乾(dry planet)，也会形成较厚

的岩石圈，而且在内部不易形成像地球一样的软流圈，地球的板块，会在较塑性

(plastic)的软流圈，配合地函对流柱(mantle plume)移动，所以，金星缺乏此条件，且

板块不易隐没及运动，另外，火星被认为过去有足够的水可以产生板块运动及海洋，但火

星太小距离太阳比较远，引力无法留住水及大气，其馀水被储存在内部成为水冰。



另外要说明的是: 金星地表相当年轻(不过也有几亿年) 虽然没有板块运动，但有足够内

热产生火山活动，且地函对流剧烈，在3亿年左右，产生大型的地函热柱(super mantle

plume)，使得表面重新构□(resurfacing)，抹除许多陨石坑，现在研究认为火山活动还

是活跃的。



至於木星及土星的卫星: 木卫一 埃欧(Io)、木卫二 欧罗巴(Europa)、木卫三

(Ganymede) 、木卫四 卡立斯多(Callisto)、土卫六 泰坦(Titan)

他们与类地行星不同，主要由冰(ice)及矽酸盐岩石(Silicate)所组成，铁镍成份非常少

，地壳由冰所组成，所以地壳物理性质与类地行星的地壳不同，被撞击所留下的陨石坑地

形也些许不同，这些冰质卫星(icy satellites)内部热量主要来源为刚形成残馀的热能、

内部放射性元素衰变所产生的热能，还有母星巨大引力所提供的潮汐热(Tidal Heating)

。

木卫一到木卫四是按照与木星的距离而排列，木卫一 埃欧距离木星最近，受到木星强大

的潮汐力不断产生内部热能，而有活跃的火山活动(我现在的老板做了很多埃欧的火山研

究)，造就现在埃欧上的地质年代相对地比较年轻，很多火山活动都是刚形成的。与木星

距离第二近的是木卫二欧罗巴(Europa)，它刚好位在所谓的雪线上(snow line)，木卫一

埃欧则是在雪线内，所以冰的成份比较少，木卫二有冰且有受到木星的潮汐力影响，内部

有些许热能，在以冰组成的地壳下，可能有液态水的海洋存在，由於内热的影响，较热的

水气会向上喷发，造成以冰组成的地壳张裂开来形成冰火生喷发，形成一条条暗纹，陨石

坑很少，所以木卫二的地表年代也相对地比较年轻。木卫三及木卫四离木星比较远，受到

的潮汐力非常少，内热也不足，在地面上不足以产生像木卫一的火山活动或是木卫二的冰

火山活动，将陨石坑盖掉(resurfacing)，形成较年轻的地表，所以木卫三及木卫四地面

上留下许多陨石坑，地表上的地形构造除了陨石坑以外，主要只有殒石撞击地面的抛射物

(ejecta)所形成的堆积物(sedimentation)。地表年代较老，仍停留在几亿年前



由於距离木星的远近影响，可以整理一下木卫一到四的比较

水冰的成份 : 木卫四 > 三 > 二 > 一

密度 : 木卫一 > 二 > 三 > 四 (水冰密度比较矽酸盐岩石小)

木星潮汐力 : 木卫一 > 二 > 三 > 四

地表年代 : 木卫四 > 三 > 二 > 一



再谈到泰坦(Titan)，(是我现在的论文研究)，也有受到土星的潮汐力影响产生内热，地表

上有非常多样化的地形，陨石坑不多，地表也相对地年轻，但主要是侵蚀作用还有冰火山

将陨石坑抹去，泰坦被认为与地球早期非常类似的星球，地球有浓厚大气及水循环，在泰

坦上，水的角色变成氨(ammonia) ，地表有液态氨，还有氨循环，取带地球上为主的水，

泰坦上有环形山的构造(我的论文研究)、冰火山、沙丘(我老板在Nature有发表一篇有关

泰坦沙丘的研究)、甲烷湖等。



先写到这里，有点讲太多了，而且最近都在写英文，中文怪怪的请大家多多包含

错误也请大家提出修正

假如大家还有关於行星地质或是泰坦的问题，可以一起来讨论 :)


--

--
※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc)
◆ From: 128.187.128.187
※ 编辑: zac37           来自: 128.187.128.187      (01/03 15:00)