月球火山五大地貌

月球上有各种各样的火山地貌,包括:lava flows;cones, domes, shield volcanoes;sinuous rilles;pyroclastic deposits ;cryptomaria

自从1959年俄罗斯月球3号任务以来,人们已经知道月球玄武岩集中在左侧,许多玄武岩矿床位于低洼的冲击盆地内部。从全球来看,月海玄武岩覆盖了月球总面积的17%,相当于月球地壳体积的1%。虽然月海玄武岩岩石成因的具体细节仍未完全了解,但放射性元素(如钾、铀和钍)的存在最有可能导致在约60至500公里深度形成部分超镁铁质物质。


Lava flows

    熔岩流。月海玄武岩是由大量低粘度、高温玄武岩熔岩形成的,这些熔岩重新覆盖了大片区域(即月球近侧的30%)(Head 1976;Wilhelms 1987)。事实上,实验室对熔融的月球玄武岩的测量表明,它们在1200°C时的粘度很低,这使得它们在凝固前可以在表面上流动很长一段距离(Ho rz等人,1991年)。几十米厚的熔岩流延伸数百至数千公里,通过MareImbrium已有文献记载(Schaber 1973Schaber等人(1976)。在月球的其他地方也观察到了类似于月海的薄熔岩流。例如,在阿波罗15号着陆点的哈雷沟内。然而,许多月球熔岩流由于其非常低的粘度、高的喷发速率、浅洼地中熔岩的积水、随后被撞击过程破坏和/或被较年轻的熔岩流掩埋而缺乏独特的流动前沿。同样,比如马雷地区的火山喷口很少,因为它们可能被喷发的玄武岩覆盖,或者因随后的撞击而退化。

Sinuous rilles

  sinuous rilles是蜿蜒的河道,通常始于一个陨石坑状的洼地,止于斜坡向下进入光滑的月海表面(格里利,1971)。大多数这样的细沟起源于盆地边缘,并向盆地中心发展。这些水道的宽度从几十米到大约3公里不等,长度从几公里到300公里不等,平均深度为100米。阿波罗15号任务详细调查了其中一条蜿蜒的小溪——里玛·哈雷。尽管早期将蜿蜒的小溪解释为月亮河,没有发现水或火山碎屑流的证据。因此得出结论认为,热侵蚀形成的弯曲的细沟,由于非常热的熔岩熔化了下面的岩石,导致沟状熔岩流的扩大和加深。较低的重力、较高的熔融温度、较低的粘度和较高的挤出速率,可能是月球蜿蜒的细沟比地球上的熔岩管和通道大得多的原因。Bussey(1997)等人和Fagents & Greeley (2001)表明,热侵蚀过程对熔岩和固体基质之间的边界层的物理条件非常敏感。他们发现热侵蚀率取决于液体基质边界层的斜率、渗出率和热导率。

Cryptomaria

    cryptomaria是月海状的火山沉积物,后来被浅色的物质覆盖(如陨石坑和盆地的喷出物)(海德和威尔逊1992)。这些沉积物可以用几种技术来研究,包括对暗晕环形山的研究多光谱图像和轨道地球化学观测。这些研究表明,如果包括隐海岩,月海沉积物覆盖的总面积超过月球表面的20%,相比之下,仅典型的月海沉积物就占17%。因此,隐海岩不仅显示了古代火山产物的更广泛的空间分布,而且揭示了在东方盆地(即月球上最年轻的盆地)形成及其喷出物(这是一个重要的地层标志层)就位之前,月海火山作用已经很活跃。虽然吉格勒等人(2003年)和霍克等人(2005年)报告称,罗蒙诺索夫-弗莱明和巴尔莫-卡普特因地区的埋藏玄武岩为极低至中等钛玄武岩,但需要取样和后续分析才能了解隐晶玄武岩的真实性质。

Cones, domes, shield volcanoes

    广阔的海洋区域的一小部分被积极的地形表面特征所覆盖,例如圆顶、圆锥和盾状,它们长达几十公里,高达几百米,成分为玄武岩(Head & Gifford 1980)。月球煤渣锥通常与月球弯曲的细沟有关(例如在阿方斯陨石坑)。月海穹丘通常是宽阔、凸起的半圆形地貌,地形起伏相对较低。例如,Guest & Murray (1976)绘制了80个直径为2.5–24千米、高度为100–250米、坡度为28–38度的海洋穹顶;其中大多数发生在马里乌斯山建筑群。一些马里乌斯山圆顶的特点是陡峭的斜坡(78–208),一些有峰顶的环形山或裂缝。

    最有可能的是,母岩穹丘是由更粘稠(即更具硅质)的熔岩喷发、浅熔岩侵入或较年轻熔岩覆盖大块较老岩石形成的。大型盾状火山在地球、金星和火星上很常见,并且是建设性的特征:也就是说,它们由大量小流量组成,这些小流量来自岩浆到达中性浮力区的浅岩浆库。因此,盾状火山和破火山口的存在意味着浅浮力带,那里岩浆的停滞和演化,导致大量体积和持续时间较小的喷发,以及导致破火山口坍塌的浅岩浆迁移。然而,在月球上还没有发现直径大于20公里的盾状火山。这一观察表明,月球上不存在浅层浮力区,熔岩不会从浅层储层中以连续的短时间、低体积喷发序列挤出。然而,有证据表明,在一些地方,岩浆可能停滞在地表附近,形成浅岩床或岩脉,这可能是由形成的断裂的火山口显示的。除了月海地区的玄武岩穹丘,还有一些穹丘似乎与非月海火山活动有关。这些地貌远不如与玄武岩火山活动相关的地貌丰富,其特点是斜坡比母岩穹丘更陡,并显示出高反照率和对紫外线的强吸收。在LRO数据中,圆顶的特征是二氧化硅含量升高(Glotch等人,2011年)。一些非红色的圆顶在紫外光谱中表现出非常特殊的光谱行为,被称为“红点”。红点在形态学上显示出更宽的范围,,人们认为红点是由更粘稠的熔岩形成的,类似于陆地英安岩或流纹岩

pyroclastic deposits

    在月球表面发现了两种类型的火山碎屑沉积物:广泛的区域性火山碎屑沉积物(位于年轻的玛丽亚附近的高地)以及更广泛分布在月球表面的较小火山碎屑沉积物。大多数火山碎屑沉积物集中在局部区域,但有些可能覆盖更大的区域,超过2500平方公里。有人提出,区域性暗地幔沉积物是由火山爆发形成的,在火山爆发中,月球环境中持续的气体出溶导致夏威夷式的火源,将火山碎屑物质分布在几十到几百公里的地方。在了解火山碎屑沉积物的上升和喷发条件方面取得了实质性进展,例如:阿波罗17号的橙色玻璃和黑色透明玻璃珠是在富含气体、低粘度、富含铁-钛的玄武岩岩浆的熔岩形成过程中形成的。阿波罗17号着陆点的结晶黑色珠子的冷却速度为100°C ,比真空中黑体冷却的预期速度慢得多。阿波罗17号并不是唯一发现火山碎屑玻璃珠的着陆点。相反,阿波罗15号的绿色玻璃也是火山成因的,就像在其他着陆点的风化层中发现的其他火山碎屑玻璃一样。与母岩玄武岩相比,火山碎屑沉积物的体积微不足道。然而,他们证明岩浆起源发生在月球上。此外,由于火山碎屑物质的快速上升和冷却历史,它们被认为没有被晶体分馏所改变。因此,火山玻璃珠似乎是研究月球地幔的最佳样本。火山碎屑喷发导致覆盖月球表面大到足以在遥感数据中可见的区域的深色覆盖沉积物的就位。在遥感数据中,显然火山碎屑沉积物往往出现在撞击盆地的边缘,并与喷口和蜿蜒的细沟相关联,这意味着它们是由持续的大规模喷发形成的。此外,至少一些观察到的暗晕环形山起源于火山(即火山碎屑),而其他环形山是从地下挖掘出较暗物质的撞击坑。通常,火山暗晕环形山倾向于沿着裂缝出现,并出现在较大环形山的底部。从阿尔方萨斯环形山内的暗晕环形山的研究来看,它们很可能是由火山爆发形成的。

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