太阳系天体地质概况

如题所述

第1个回答  2020-01-20

太阳是银河系中一颗中等恒星,以太阳这颗恒星为核心组成了太阳系,它主要由太阳、八大行星、一些矮行星、卫星及无数的小行星、彗星等组成。太阳系是地球依存的、且相距最近的天体系统,目前对其天体的地质资料也积累得最为丰富。

(一)太阳

太阳的直径为139.2×104 km,为地球直径的109 倍,体积为地球体积的130 万倍,质量为地球质量的33.3万倍,密度却只有地球密度的1/4。

太阳表面温度达6000 ℃,内核温度从理论上推测高达2000×104~3000×104℃。所以太阳上的物质不可能凝固,而是一个炽热的气体球,既没有岩石圈也没有水圈。

根据光谱分析,太阳大气中有73种元素。太阳最多的元素是氢,按质量占71%;其次是氦,占26.5%;氧、碳、氮、氖等气体约占2%;镁、镍、硅、硫、铁、钙等约占0.4 %以上;其余60多种元素不足0.1%。这些元素在地球上都存在。

据现代研究,太阳内部结构由表层向内可分为光球、对流区、辐射区和中心核四个圈层。中心核具有极高的压力和温度,在此环境下元素的原子结构将遭到破坏,因而发生热核反应,成为太阳能的发源地;中心核产生的巨大热能经电磁作用吸收一部分储存起来,而大部分通过辐射区送到对流区;热量在对流区以对流方式传送到光球转变为光能,并向四周辐射(表11-1)。

表11-1 太阳内部结构模式

(据李叔达,1983)

光球层是太阳表面光彩夺目的一个圈层,即通常说的日面,该层的厚度约300 km,它不断地发出光和热。在日面上可以看到物质的流动。有时有成群的黑色斑点称黑子(sunspot)。黑子是光球上的旋涡,它的温度比日面温度低1000 ℃以上,因此看起来是黑暗的。黑子大小极不相等,大者直径可达59200 km。黑子的大小经常改变,位置也在不断地变动,变化周期平均是11年。太阳黑子有很强的磁性,所以当出现很多的太阳黑子时,地球上就出现极光现象以及引起地球磁场的剧烈扰动和磁暴。

(二)行星

太阳系的八大行星可分为两大类。水星、金星、地球和火星称为类地行星,它们距太阳近,体积小,质量小,密度大,自转慢,卫星少;木星、土星、天王星和海王星称为类木行星,它们距太阳远,体积大,质量大,密度小,自转快,卫星多,多具星环。目前,人们主要对类地行星的地质特征了解较多,类木行星因距地球遥远而了解较少。

1.行星表层的地形与地质

类地行星的地形,除地球外,大都保留了原始状态,很少经过后期的改造。其显著特点是均分布有大小不等的冲击坑。水星的冲击坑较多,有年轻新鲜的、也有较老的。金星的冲击坑较少,一般直径不超过20 km。行星表面已发现的地形单元,有平原、盆地、山脉、裂谷等。水星的平原多分布在大型冲击坑之间,在水星表面至少有一个大型的多环状盆地,还发现了扇状悬崖,高约3 km,延伸长达几百千米。金星表面上有山脉,高度小,并有穿越赤道的南北向大裂谷。

20世纪60年代中期以来,人类开始用宇宙飞船探索火星,因而目前对火星表面了解较多。火星地表形态大致有如下几种类型:①环形山、环形坑及其构成的环形与多环圆形盆地:是火星上最主要的一类地表形态,小者直径数百米,大者可达几百千米,大约占火星表面一半的面积,其形成一般与不同规模的陨击作用有关,即属冲击形成(图11-2)。②火山平原和火山锥:火星表面广泛覆盖着火山岩,形成火山平原,约占其表面积的1/3;此外,还分布有大小不等的火山锥(熔岩锥),有的火山锥直径达600 km,高达3000 m(图11-3)。③“运河网”:在火星所摄得的图像中,已判别出许多又长又宽的河道,称为“运河”,其河床被认为是过去某个时期流水(或液体)作用的结果,不少“运河”都有大的曲流,并有向下游倾斜的趋势。④风成沙丘:火星上的风速可达70 m/s以上,风的地质作用十分重要,由于风蚀碎屑的沉积,形成许多沙丘,因此火星表面上风成堆积十分发育。⑤峡谷和悬崖:火星表面分布有大的峡谷,常数个相连。还分布有许多悬崖峭壁,其中不少高达2000 m,延伸达1000 km以上。

图11-2 火星表面位于西80、南50附近的环形盆地与环形山

(据W.K.汉布林,1980)

类地行星的表层物质,大多由火山岩组成,化学成分以硅酸盐为主。有的表面还有碎屑物覆盖,如水星表面覆盖有一层与月球表土相似的浮土;金星表面有一层厚度不到1m的覆盖物。

在火星和水星上,都发现有断裂系统。火星的“运河”把火星表面切割成直径500~600 km的多边形块体,最长的“运河”长达500 km,宽200~300 km,一般认为可能属于深大断裂性质。水星上的悬崖及线性构造,一些研究者也认为具有断裂的特征。类地行星的断裂大多是在星体发展的初期或稍后阶段形成的。

从类地行星广泛分布火山岩说明,这些行星天体在发展历史中火山活动普遍存在。据研究,水星的火山活动在30 亿年前已经结束,金星延续至较晚时期,而火星至今还可能有小规模的、微弱的火山活动。

2.行星的内部构造

据目前研究成果,类地行星的内部构造大体与地球相似,类木行星的内部构造了解相对较少。行星的内部构造一般均可分为星壳、星幔和星核三个圈层。但不同行星由于其演化过程不一样,其星壳、星幔和星核的厚度比及体积比是不同的。星核一般主要由较重的元素(Fe,Ni,Si,C 等)组成,密度较大;星壳一般主要由较轻的元素(Si,O,H,He等)组成,密度较小;星幔具有过渡性质。水星和金星的核可能为高温的熔融体,而火星和木星可能具有固体的核。类地行星的幔体大多为固体;它们的壳层也均为固体岩石层,且一般较地球厚(表11-2)。

图11-3 火星上的奥林匹斯火山

主火山口四周有由火山喷出物形成的陡崖,中央为破火山口

表11-2 八大行星及月球内部结构模式

(据李叔达,1983,有修改)

(三)卫星

卫星是围绕行星运行而本身不发光的天体。迄今为止,已发现火星有卫星2个,木星有16个,土星有23个,天王星有5个,海王星有2个。月球是地球唯一的卫星,与地球相距近,目前了解最多。这里主要简单介绍月球的地质特征。

1.月球的表面地形、地质特征

月球的直径大致是地球的3/11,质量约为地球的1/80,其地面引力只有地球的1/6。月球上没有水体,因而也没有河流、湖泊和海洋,全部为陆地;月球上也没有大气,基本处于真空状态。因此,月球上没有动物和植物,连细菌也难以生存。

月球上地形起伏,高差很大。它的地表形态(图11-4)主要有:

图11-4 全月球表面形态简图

1—洋、海、湾;2—岛;3—类月海;4—山链;5—山脉

(1)月海

月海地势低平广阔,是月面上大型的圆形盆地。因反照率低,平时肉眼观察为暗黑色斑块。已知的月海有22个,绝大多数分布在月球的正面(向着地球的一面)。月球正面的月海,约占半球面积的1/2。月海的直径一般为数百千米,最大的是风暴洋,直径达1740 km,面积约5×106 km2。月海面普遍比月球平均水准面低,最低的是雨海,深达6000多米。月海盆地周围,大多为环形山围绕,盆地内部也分布有不少山岭。月海的成因一般认为与大规模陨石或小行星冲击有关。因大规模陨石的撞击,形成巨大的坑穴,伴随在周围引起山崩和断层;然后因陨石冲击而诱发岩浆流溢,其表面被熔岩覆盖,遂形成了现在所见的月海盆地。

(2)月陆

月海周围的高地称为月陆,是正地形单元,因反照率强,肉眼看去比较明亮。在月球的正面,月陆面积和月海面积几乎相等。但在月球的背面,月陆面积则大得多。月陆一般比月球平均基准面高2000~3000 m,地形起伏较大,还分布有高大的山脉。月陆形成的年代比月海要老。

(3)月坑

月球上遍布环形的坑,称为月坑。直径小者几米,大者超过1 km。月坑总数在3 万个以上,其中直径超过1 km的月坑约占月球表面积的7%~10%。月坑的深度自几十米到6000 m不等,但底部很平坦,其内侧陡,外侧较缓。一般认为月坑是由陨石(或小行星)撞击而成的爆炸坑。

(4)山脉和峭壁

月球表面的山脉主要分布在月陆,山势险峻,连绵延续,长可达数千千米,一般高3000~4000 m。最高达9000 m,可与地球上的最高峰珠穆朗玛峰相媲美。目前在月球上已发现高度在1000 m以上的高峰300余座,其中6座高度超过6000 m,20座高达5000 m,80座高达4000 m。除山系外,月球表面还发现四条长达数百千米的峭壁。

月球表面的褶皱构造不发育,主要是月海盆地内分布的堤形隆起。有的研究者认为,可能是由于岩浆侵入使上覆岩层向上拱起而形成的。

断裂构造在月面上较为常见,已发现有延伸数百千米的深大断裂及长200~300 km的弧形断裂。月球上的断裂和裂隙,往往具有明显的方向性,主要有北东-南西和北西-南东两个方向。这两组断裂交叉发育,形成了格子状构造。月球上断裂的规模远比地球上的断裂小,这可能与月球体积小、自转速度慢(比地球慢27倍)、构造活动弱有关。

2.月球的内部构造及物质组成

通过放置在月球表面上的仪器对月震的探测,了解到月球的内部构造和地球类似,具有三层结构,即月壳、月幔和月核(图11-5)。

图11-5 地球及月球内部构造比较

月壳是月球最外面一层,厚60~65 km,大致以25 km深度为界,分为上月壳和下月壳。上月壳主要由玄武岩组成,其顶部1~2 km,为岩石碎块和月壤;下月壳由富含斜长石的辉长斜长岩及斜长苏长岩组成。65 km 以下为月幔,深度延至1000 km深处,它们的物质大致与地球的基性岩和超基性岩(橄榄岩、辉石岩和榴辉岩)相当。月球的岩石圈将近1000 km厚,包括了月壳和月幔。1000 km至月心为月核,可能部分处于熔融状态,大致与地球的软流圈相似,其温度为1000 ℃左右,据推测,月核由富含铁的硅酸盐组成。

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