太阳系中最令人惊叹的五种地质结构

Part of the solar system.
An expert explains some of the most fascinating geological structures in our solar system.Image: Unsplash/Bryan Goff
本内容由人工智能自动翻译。
  • 太空中同样存在令人惊叹的地质结构,并不仅限于地球。

  • 行星地球科学教授David Rothery将带您探索他认为太阳系中最令人激动的五种地质结构。

  • 其中包括火星上堪比大峡谷的结构,以及天王星上最高的悬崖。

谈及令人惊叹的地质景观时,我们往往只关注地球上的景观。但作为一名地质学家,我认为这种想法很荒谬。其他星球上有许多结构能够激发兴趣、带来启发,并帮助我们将地球上的各种过程置于更广阔的视角之中。

以下按不分先后的顺序,列出了太阳系中(不含地球)最令我印象深刻的五种地质结构。

最宏伟的峡谷

我没有将太阳系最大的火山奥林帕斯山位于火星上,因此我得以纳入该星球最壮观的峡谷,水手峡谷。该峡谷长3000公里,宽达数百公里,深度可达8公里,最适合从太空俯瞰。如果你有幸站在其中一侧峡谷边缘,对面的峡谷边缘将远在地平线之外。

水手峡谷的彩色编码地形视图(左),模拟自距离地表5000公里处所见;以及欧洲航天局“火星快车”号上高分辨率立体相机拍摄的影像(右)。Image: Google Earth 以及 NASA/USGS/ESA/DLR/FU Berlin(G. Neukum)

它可能是由相邻的火山区域(称为塔尔西斯)开始向上隆起时产生的裂缝所引发的,随后经过一系列灾难性洪水的拓宽和加深,这些洪水的高峰期发生在30多亿年前。

金星的褶皱山脉

我们将在2030年代更深入地了解金星,届时两项美国国家航空航天局(NASA)任务以及一项来自欧洲航天局(ESA,即European Space Agency)的任务将抵达金星。金星的大小、质量和密度与地球几乎相同,这使地质学家感到困惑:为何金星缺乏地球式的板块构造运动,以及为何(或者说是否)其火山活动相对较少。这颗行星是如何释放内部热量的?

金星奥夫达地区(Ovda Regio)的褶皱山脉。插图显示的是宾夕法尼亚州中部阿巴拉契亚山脉部分区域的类似景观。Image: NASA/JPL

令我感到欣慰的是,金星的部分地质特征看起来似曾相识。例如,名为奥夫达地区的高地北缘与地球上的“褶皱山脉”(如阿巴拉契亚山脉)形态极为相似,只是缺少穿越这种侵蚀形成的褶皱状纹理的河流。阿巴拉契亚山脉是大陆碰撞的结果。

被炸开的水星

我在下一个例子中稍作取巧,因为它既是太阳系最大的撞击盆地之一,其内部又存在一座爆发式火山。水星上直径1550公里的卡路里盆地约在35亿年前由一次大规模小行星撞击形成,此后不久,其盆地底部便被熔岩淹没。

隔了一段时间,一系列爆发式喷发在盆地边缘附近熔岩覆盖层最薄的区域,穿透了已凝固的熔岩,形成数公里深的孔洞。这些喷发将火山灰颗粒抛洒到数十公里范围内。其中一处名为Agwo Facula的沉积物环绕着我选作例子的爆发式火山口。

右图:水星卡路里盆地的大部分区域,其盆地底部覆盖着暗橙色熔岩。较亮的橙色斑块为爆发式喷发的残留物。左下:红框内爆发式火山沉积物的特写。左上:火山口内部细节。Image: NASA/JHUAPL/CIW

爆发式喷发由膨胀气体的力量驱动,这在水星上是一项令人惊讶的发现。此前人们预计,水星靠近太阳,因而缺乏此类挥发性物质,高温会使它们蒸发殆尽。科学家怀疑,实际上曾发生过多次爆发式喷发,且可能间隔了很长的时间。这意味着,形成气体的挥发性物质(其成分要待欧洲航天局“贝皮科伦坡”(BepiColombo)任务于2026年开始工作后方能确定)曾多次存在于水星的岩浆之中。

最高的悬崖?

在土壤或植被丰富的地球区域,悬崖提供了最大面积的裸露岩层。虽然靠近时存在危险,但它们展示了连续不断的岩层横截面,非常适合寻找化石。因为地质学家对它们如此钟爱,我要为您介绍高达七公里的维罗纳岩壁(Verona Rupes)。这是天王星的小卫星米兰达,人们常将其描述为“太阳系中最高的悬崖”,包括在美国国家航空航天局近期的一个网站上。该网站甚至指出,如果你不慎从顶部跌落,需要12分钟才能坠到底部。

维罗纳岩壁长约50公里,高数公里,但在1986年“旅行者2号”飞掠时所见,其实际形态并不像表面看起来那样陡峭如悬崖。Image: NASA/JPL

这种说法毫无道理,因为维罗纳岩壁远非垂直。我们拥有的关于它的唯一影像来自“旅行者2号”,拍摄于1986年飞掠天王星期间。它无疑令人印象深刻,几乎可以肯定是一条地质断层,米兰达冰冷外壳(该星球最外层的“壳”)的一块岩体相对于相邻岩体向下滑移。

太阳系中5个令人叹为观止的地质构造
太阳系中5个令人叹为观止的地质构造
01:40

然而,由于观测角度倾斜,容易产生误导,因此无法确定崖面的陡峭程度——其坡度可能小于45度。即使你在顶部踉跄失足,我也怀疑你是否会一路滑落到底部。在我们拥有的最佳影像(但分辨率较低)中,崖面看起来非常光滑,但在米兰达约零下170摄氏度的白昼温度下,水冰具有较高的摩擦力,根本不会打滑。

泰坦被淹没的海岸线

在我的最后一个例子中,我本可以毫不犹豫地选择冥王星上的几乎任何地方,但我最终选择了土星最大卫星泰坦上一处令人感到熟悉、仿佛地球般的海岸线。在这里,泰坦冰质“基岩”上的一处大型凹陷中蕴藏着一片名为利吉亚海(Ligeia Mare)的液态甲烷海。

由甲烷河流切割形成、汇入大海的河谷,显然随着海平面上升而被淹没。这条错综复杂的凹凸海岸线让我强烈联想到阿曼位于霍尔木兹海峡南侧的穆桑达姆半岛。在那里,由于阿拉伯大陆与亚洲大陆之间持续的碰撞,当地地壳向下弯曲。泰坦上是否发生过类似的情况?我们尚不清楚,但利吉亚海周围海岸地貌的变化方式让我认为,其被淹没的河谷不仅仅是液面上升的简单结果。

左图:泰坦利吉亚海的一部分,显示河谷被液态甲烷海淹没的海岸线。右图:阿拉伯半岛的穆桑达姆半岛,那里的沿海河谷同样被淹没,但被淹没的是咸水海。Image: NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell 以及第63期远征队,国际空间站(ISS)

地球上的岩石与液态水,以及泰坦上的极寒水冰与液态甲烷,二者之间并无太大差别。它们的相互作用是相同的,因此我们看到地质过程在不同的星球上不断重演。

授权与转载
世界经济论坛发布的文章,可依据《知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎4.0国际公共许可协议》以及我方《使用条款》进行转载。 本文所表达的观点仅代表作者个人立场,并不代表世界经济论坛的观点。