行星地質

對太陽系各行星都獲得了不同程度的探測信息。對類地行星的研究有如下認識。水星地質　水星是離太陽最近的行星。其赤道直徑約4 880千米，密度為5.42克/釐米3，質量為3.30×1026克。水星表面有一層很稀薄的大氣，成分見行星大氣。水星表面佈滿了大小不等的環形山和盆地，以及許多由於內部冷卻收縮（殼收縮）而成的、延伸幾百千米的懸崖。環形山的直徑一般不及20～50千米，個別可達100～200千米。卡路里盆地直徑約1 400千米，與月球上的雨海盆地一樣，也為後期的火山熔岩所充填。這些古老的環形山和盆地年齡為30億～40億年。地貌特徵表明，水星形成後沒有發生過巨大的地殼構造運動，也沒有觀察到類似地球的板塊運動。水星表面磁場強度為350～700納特。磁場方向與自轉軸近似，屬偶極場。磁力線受太陽風的壓力而變形，形成磁層，與地球磁層十分相似。水星屬類地行星，故內部結構與地球類似。外殼厚約500千米，主要由硅酸鹽組成；固體硅酸鹽的水星幔厚約200千米；鐵–鎳金屬的核半徑約1 700千米。核幔交界處的温度推測為1 400～2 000K，壓力為1萬兆帕。水星的地質演化大致可分為5個階段：①早期行星分異，形成殼、幔和核；②星子猛烈轟擊和水星殼收縮形成複雜的舌狀懸崖；③約40億年前轟擊後期，形成卡路里盆地及多山地形；④全球性的玄武岩噴發，形成廣闊的平原及平原物質充填卡路里盆地等低窪地區；⑤在平原上發生輕的星子（隕石）撞擊作用，形成晚期或疊加的環形山地形。金星地質　金星為離太陽第二近的行星。自1961年以來，蘇聯和美國相繼發射了20多個行星際探測器，獲得了大量有價值的資料，為金星地質研究提供了科學依據。金星有濃密的大氣層，成分主要為CO2（約佔95％）。由於温室效應，金星大氣的表面温度高達750K。其表面大氣壓約為地球的92倍。金星上的岩石多有尖鋭的稜角。“金星”10號着陸區密佈風化成薄餅狀的熔岩；物質密度為2.8克/釐米3，與火成硅酸巖成分十分相近。其表面物質為類似於硅酸鹽的土壤。“金星”8號着陸點的成分與花崗岩類似。金星磁場極為微弱，表面磁場約為18～29納特，主要是太陽風與電離層相互作用引起的感應磁場。據熱歷史的計算，金星形成後約10億年，分異形成約100千米厚的殼（主要成分是硅酸鹽和碳酸鹽）、3 000千米厚的幔（上幔為熔融硅酸鹽，厚約800千米；下幔為固化物，厚約2 200千米）和半徑約3 000千米的熔融狀鐵–鎳核；並伴隨廣泛的除氣作用。金星地質演化大致可分為：①早期分異形成花崗岩質殼，隨後受到密集隕石的轟擊。②由於幔的對流作用，在低處形成薄的殼，高處形成厚的殼。③由於幔中的熱柱或對流中心的擠壓上升，形成高地。④玄武岩質熔岩和細粒物質充填低凹處與起伏平原的衝擊坑。⑤形成火山盾。⑥間歇的構造活動及火山噴發。迄今金星內部的能量仍足以產生明顯的構造岩漿活動。由於金星的大小和質量與地球相近，因而對它的研究有助於加深對地球演化的瞭解。火星地質　火星是離太陽第四近的行星。火星的兩顆衞星（火衞一和火衞二）反照率都很低，可能是由類似碳質球粒隕石的物質組成。1962年以來，蘇聯發射的“火星”號系列探測器對火星進行了探測，其中“火星”3號登陸艙實現了軟着陸。1964年以來，美國發射的“水手”號系列和“海盜”號系列對火星進行了探測，從“水手”4號飛經火星附近時拍攝的照片中發現火星表面有許多類似月球上的環形山。所有這些探測，為火星地質的研究提供了依據。根據探測結果繪製了火星地質圖。2003年6月2日，歐洲宇航局第一個火星探測器“火星快車”成功升空，可惜它搭載的“獵兔犬2號”在火星赤道以北的伊希迪斯平原降落後出了故障。同年6月10日搭載迄今最尖端的“勇氣”號火星車的美國火星着陸器升空。7月7日，美國“機遇”號火星車追隨“勇氣”號而來，踏上火星尋找水與生命痕跡的漫漫旅途，標誌着人類探測火星新的活躍期的開始。2008年5月25日美國“鳳凰”號火星探測器在火星北極成功登陸，按計劃實施為期90天的探測任務。火星有一層稀薄的大氣，由CO2、少量的N2、Ar與微量的O2、CO、水汽、惰性氣體組成。火星大氣的惰性氣體丰度與地球大氣相近，12C/13C和16O/18O值也類似於地球，但主要成分及14N/15N、40Ar/36Ar和129Xe/132Xe值與地球值明顯不同，表明這兩顆行星的揮發性元素有不同的演化歷史。一般認為，火山噴發和不太強烈的除氣作用是火星大氣和揮發物的主要來源。火星的氣温低，內部除氣作用排出的揮發物質可冷凝保存於極地的冰冠或廣泛分散在永久凍結帶中，有些水呈土壤的結合水，土壤也吸收有大量的CO2；加上火星質量較地球小，氣體容易逃逸，因而火星大氣稀薄，大氣中的水汽含量極低。火星大氣平均温度的週日變化大，平均表面温度日變化的極大值為289K，極小值為170K。大氣温度存在季節變化和緯度變化。火星表面大氣隨位置和季節變化，平均壓力為7.7毫巴。平均風速約為4.3米/秒（最低為1.1米/秒，最高為7.2米/秒），塵暴時風速達44.5米/秒，強烈的塵暴對火星表面物質的搬運起重要作用。有時強烈的塵暴可持續幾個月之久。火星表面可劃分為密佈隕石撞擊坑的古老地區、比較年輕的火山平原區、巨大的火山地盾與廣闊的沉積物區。表面地形有如下特徵：①南半球高，崎嶇不平；北半球低而平坦。②佈滿了眾多大小不同的隕石撞擊坑。坑的直徑一般為0.8～50千米，大的可達1 600千米。③有大的火山盾、圓丘及火山錐。如奧林波斯山火山盾的直徑達600千米，頂部有玄武岩構成的火山口。火星表面的廣大地區覆蓋着噴出巖，構成了火山組成的平原、山脈及溝槽地形。④有強烈的構造活動形成的構造地塹。⑤有峽谷和運河。⑥有高達2 000米、延伸1 000多千米的懸崖峭壁。⑦有與月海相似的圓形大盆地。⑧有各種風成沉積地形和砂丘。⑨由於極區冰川的作用，把各種碎屑物質搬運至中緯度地區並形成冰川侵蝕地形。根據美國兩個“海盜”號降落器的探測，着陸點附近有大量紅色細粒物質與角狀的岩石碎塊，它們的化學成分為(％)：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與Zr等。經過一系列火星軌道器的探測，證明火星缺乏全球性偶極磁場，發現火星具有極其複雜的多極子磁場。火星形成於約46億年前，後來分異形成Fe–FeS核，並有鉀進入硫化鐵中。由於40K的衰變提供熱源，故在火星早期分異和形成核時並不要求高的初始温度。按火星的密度和平衡凝聚模型估算，火星殼厚約為200千米，富鐵的硅酸鹽幔約為1 200千米，火星平均核半徑約為1 900千米，表面的熱流值為4.3×10–2焦/（米2·秒）。熱歷史的計算表明，火星的岩漿與構造活動在其演化的早期階段就開始了，最強烈的活動期可能發生於最近20億年。火星表面特徵的地質解釋説明了以下的演化過程：①形成後不久便分異形成殼、幔和核。②表面受到強烈的隕石轟擊並形成大量的環形坑。③強烈的火山作用和構造活動形成玄武岩平原，之後殼上升發育深大斷裂並受到侵蝕，開始形成火山盾。④中等程度的構造、火山活動、風和水的侵蝕作用形成沉積物。火星在地質上可能是寧靜的。推薦書目　格拉斯BP.行星地質學導論.陳書田,於純仁,郭文蓉等,譯.北京:地質出版社,1986.　MUTCHTA,ARVIDSONRE,HEADJWⅢ,etal.TheGeologyofMars.Princeton,N.J.:PrincetonUniv.Press,1976. ^[1]