Planetariske processer

1. Begreber	2. Solsystemets oprindelse	3. Planetariske processer	4. Jordprocesser	5. Meteoritter
6. Vores måne	7. Telemåling	8. Merkur	9. Mars	10. Venus, vores tvilling
11. Jupiter & Jovianske måner	12. Saturn, Ringe & Måner	13. Uranus	14. Neptun	15. Pluto, Charon & Kometer

IMPACTING

Impaktbegivenheder, som dem, der dannede Meteor Krateret for ca. 50.000 år siden i Arizona og Manicouagan-impactstrukturen for ca. 210 millioner år siden i Quebec, repræsenterer den dominerende proces for planetarisk akkretion (vækst) og omstrukturering af overfladen. Planeter uden betydelig tektonisk bearbejdning, forvitring eller erosion af deres overflader har gamle overflader, som afspejler talrige nedslag i deres tidlige vækststadier. Selv om hastigheden af nedslag er aftaget i løbet af de sidste 4,5 milliarder år, sker disse hændelser stadig med jævne mellemrum, og lejlighedsvis med energi nok til at forårsage massiv ødelæggelse. Vi vil dække mere af dette emne, når vi diskuterer månens geologi og masseudryddelser på Jorden.

Manicouagan krater

Meteor krater

Impaktkraterkæder på Callisto:

Gipul Catena er den længste af ca. 12 sådanne kæder på Callisto, en af Jupiters 4 satellitter på størrelse med en planet. Den er 620 kilometer lang og er den største. Besøg NASA’s Callisto-side for flere oplysninger

Besøg Terrestrial Impact Craters Slide Show

Sammensat af Christian Koeberl og Virgil L. Sharpton

http://www.lpi.usra.edu/publications/slidesets/craters/

Andre websteder, der kan besøges, er følgende:

http://seds.lpl.arizona.edu/nineplanets/nineplanets/callisto.html

http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA03379

http://www.lpl.arizona.edu/SIC/impact_cratering/intro/

http://observe.arc.nasa.gov/nasa/exhibits/craters/impact_home.html

Comet Shoemaker-Levy Collision with Jupiter: http://www.jpl.nasa.gov/sl9/sl9.html

Near-Earth Objects (ressourcer på NASA HQ Library): http://www.hq.nasa.gov/office/hqlibrary/pathfinders/aster.htm

Asteroider, kometer, meteorer og jordnære objekter

: http://impact.arc.nasa.gov/index.html

Eugene og Carolyn Shoemaker har skrevet kapitel 6 i vores lærebog. Som et team har disse forfattere bidraget enormt meget til vores viden om nedslag og udsigterne til ødelæggende kollisioner i fremtiden. Shoemaker-Levy-kometen, der ramte Jupiter i 1996, blev opdaget af Shoemakers og deres kollega David Levy. (Tragisk nok blev Gene Shoemaker dræbt og Carolyn Shoemaker kvæstet i en bilkollision, mens de arbejdede på nedslagsstrukturer i Australien i sommeren 1997).

PLANETARISK DIFFERENTIERING

Med hensyn til planetarisk udvikling og geologiske processer betyder differentiering, at man gør et homogent legeme heterogent. Dette afspejler ofte ændringer i de relative proportioner af kemiske og mineralogiske bestanddele fra det ene sted til det andet. Planetarisk differentiering henviser derfor til de processer, der bevirker, at et i det væsentlige homogent akkrediteret legeme, der består af oprindeligt solmateriale, bliver adskilt i lag, der har forskellige kemiske og/eller fysiske egenskaber. Hvis et planetarisk legeme er stort nok, vil det udvikle en kerne, en kappe og en skorpe, som hver især kan være yderligere underopdelt. Hvert lag i Jorden har sit eget sæt af underopdelinger, for eksempel: øvre, midterste og nedre skorpe.

• Planetary Differentiation, Windows to the Universe fra U. of Michigan:
• Geofysiske processer i planetarisk differentiering: http://travesti.eps.mcgill.ca/~olivia/tp2002b/lectures/node40.html
• Earth and Space Network side om planetarisk dannelse: http://earthspace.net/solar_system/Earth_html/under_the_surface.html
• Absolute Astronomy: http://earthspace.net/solar_system/Earth_html/under_the_surface.html
• Absolute Astronomy: http://www.absoluteastronomy.com/reference/planetary_differentiation
• Svar — Wikipedia: http://www.absoluteastronomy.com/reference/planetary_differentiation
• Svar: http://www.answers.com/topic/planetary-differentiation

NOTAT: Jordens lithosfære består af hele skorpelaget plus den øverste del af kappen. Mantlen umiddelbart under lithosfæren er den asthenosfæriske kappe, som kemisk og mineralogisk ligner den lithosfæriske kappe, men som er delvist smeltet for at give et plastisk lag, som de lithosfæriske plader bevæger sig over. Overgangen mellem lithosfære og asthenosfære er en følge af processer, der ligger ud over dem, der forårsagede differentieringen i lag. Se modul 4 Jorden.

Planetarisk differentiering er primært varmebetinget, dvs. den er udtryk for intern opvarmning, smeltning og adskillelse af komponenter. Tættere komponenter synker ned mod centrum og danner den Fe-metalrige kerne, mens mindre tæt materiale stiger op og danner silikatskorpen. Tryk og temperatur stiger med dybden i et planetarisk legeme, så mineraler, der er stabile i én dybde, er måske ikke stabile i en anden dybde.

Planeter begynder at varme op i deres tidlige udviklingsstadier, og planetens energibudget involverer flere processer:

Opvarmning ved nedslag opstår, når en bolide (komet, asteroide, meteor) slår ned i et legeme i rummet. Bolidens kinetiske energi går til at pulverisere og fordampe både slaglegemet og en del af planetens overflade. Noget af energien omdannes til chokbølger, der spreder sig gennem planeten, mens resten omdannes til varme. Ved nogle store nedslag smelter sten øjeblikkeligt. Beviser for nedslagssmeltning omfatter tektitter, der er fundet på Jorden, og glasperler, der er fundet i månens jord (de adskiller sig kemisk fra vulkanglas, der også findes i månens jord).

	Tidalvarme genereres af den svage indre deformation mod gnidningsmodstand, når et planetlegeme kredser om et andet. Udsving i tyngdekraften skyldes variationer i de to legemers relative positioner. F.eks. er tidevandet på Jorden en direkte reaktion på Månens og Solens positioner. Gravitationsforstyrrelser skyldes også en uregelmæssig bane, således at afstanden mellem de to planetariske legemer ikke er konstant. Det bedste eksempel på tidevandsopvarmning i solsystemet findes i Jupitersystemet, hvor den lille indre måne Io udviser aktiv vulkanisme som følge af intens intern opvarmning.
Solvarme er ansvarlig for overfladisk forvitring og erosionsprocesser på planeter, der har atmosfære, men forårsager også overfladeopvarmning på planeter med tynd eller ingen atmosfære. Den mængde solenergi, der rent faktisk når overfladen, afhænger af flere faktorer, f.eks. skyernes tæthed og sammensætning. Venus’ overflade når temperaturer på omkring 700 grader Celsius som følge af solopvarmning. Dette tyder på, at den termiske gradient under overfladen også er ret høj på grund af den forhøjede udgangstemperatur på overfladen. Således kan mængden af intern varme, der går tabt til rummet, være stærkt påvirket af overfladetemperaturen.
	Radiogen Varme produceres under henfaldet af radioaktive isotoper. Vi ved fra modul 1, at nukleosyntese producerer en lang række nuklider, som indgår i en solnåge. Når planeter dannes, inkorporerer de naturligt forekommende radioaktive grundstoffer som 235U og 40K, der har halveringstider, der måles i milliarder af år. Disse langlivede nuklider er stadig til stede i Jorden og andre planetariske legemer, om end i mindre mængder end da solsystemet blev dannet. Dette giver mulighed for vedvarende langtidsopvarmning under planeternes udvikling. Radionuklider med relativt korte halveringstider målt i tusinder til millioner af år, som f.eks. 26Al, henfaldt tidligt i planetarisk udvikling og var ansvarlige for den første interne opvarmning.
	Intern opvarmning kan også være forårsaget af kernedannelse, under hvilken proces den potentielle energi i synkende tæt stof omdannes til varme, efterhånden som materialet synker ned mod et dybere niveau. Dette anses ikke for at være en væsentlig faktor for at bringe et planetarisk indre tæt på smeltning, fordi det involverede materiale skulle blive delvist smeltet for at adskillelse overhovedet kunne finde sted.

Den vigtigste varmegenererende proces, der er involveret i planetarisk differentiering, er radiogent henfald. Klipper er isolerende materialer, så varmen overføres ved ledning meget langsomt til overfladen, hvor den overføres ved stråling ud i rummet. På grund af denne langsomme varmeoverførselshastighed vil forskellige dele af en planets indre blive opvarmet til det punkt, hvor den delvis smelter. Når en magma dannes og sprøjtes ind i andre områder af planetens legeme (normalt opad i overliggende lag), overføres varmen ved konvektion på grund af det smeltede materiales mobilitet. Flygtige elementer og forbindelser, såsom vand, kuldioxid, svovl osv., øger varmeoverførslen ved konvektion.

Besøg W. M. Whites online lærebog om geokemi for at få en grundig diskussion af Jordens udvikling. Denne lærebog er også en fantastisk ressource til alle spørgsmål vedrørende geokemi.

GERSTDANNENDE MINERALER

Geler består af mineraler, hvoraf de fleste er silikater, der dannes ved at kombinere visse kationer (Mg, Fe, Ca, Na, K osv.) med SiO2 (siliciumdioxid). Andre mineraler omfatter simple oxider (f.eks. magnetit, chromit), halogenider (salt = halit, sylvit), sulfider (pyrit, galena), sulfater (gips), karbonater (calcit, dolomit), mineraler, der består af et enkelt grundstof (diamant, grafit) osv. Langt de fleste af de bjergartsdannende mineraler er silikater, som er til stede på (eller i) alle planetariske legemer.

Mineralogi Informationskilde: http://www.mindat.org/

SiO2 er et oxid, men når Si kombineres med O i et tetraedrisk arrangement, er der fire O-atomer for hvert Si-atom. Dette er silikat-tetraederet, som fungerer som en kompleks anion på grund af en ladningsubalance med de to ekstra oxygenatomer. Oxygen ioniseres til O2- og silicium ioniseres til Si4+, således at kombinationen Si + 4O efterlader en ladningsubalance på 4.

NOTAT: Forestil dig, at hvert O-atom deles af to Si-atomer, således at der eksisterer et tredimensionelt netværk af SiO4-tetraedre, hvor alle er indbyrdes forbundet som en ramme. I dette tilfælde ville der ikke være nogen ladningsubalance, og formlen ville være SiO2, kvarts.

Hver side af et SiO4-tetraeder er identisk, så det kan tegnes som et geometrisk tetraeder for at forenkle strukturerne af forskellige silikatmineraltyper.

Nem strukturen af SiO4-molekylet i hvert af følgende

Olivin, et silikatmineral i fast opløsning, har formlen (Mg, Fe)2SiO4, hvilket betyder, at Mg- og Fe-kationerne erstatter hinanden i krystalgitteret. Den faktiske sammensætning af olivin varierer fra den ene endegliedersammensætning (forsterit = Mg2SiO4) til den anden (fayalit = Fe2SiO4). Den kemiske balance mellem kationer (Mg, Fe) og anioner (SiO4) bevirker, at olivinets struktur består af uafhængige SiO4-tetraedre, der er omgivet af Mg og Fe. Olivin kaldes et ferromagnesisk mineral (Fe og Mg) og har en høj smeltetemperatur.

Olivin-fenokrystaller (grønne krystaller) i basaltisk lavastrøm. Olivinkrystaller er sandsynligvis dannet før lavaen blev udbrudt. Bemærk vesikler som følge af gasopløsning og ekspansion, da lavaen afkøledes. Billedet er ca. 1×2 cm.

Pyroxen består af Mg, Fe og nogle gange Ca (sammen med andre erstatningskationer som Ti, Na, Al osv.), der passer omkring enkelte kæder af SiO4-tetraedre. Pyroxen findes med mange forskellige sammensætninger og har forskellige navne som augit, enstatit, hypersthen, pigeonit osv. afhængig af de relative proportioner af Ca, Mg og Fe. Silikatkæderne, kaldet polymerer, dannes, når to af de fire O-atomer i hver SiO4-tetraeder deles med en anden tetraeder. Bemærk, at hver anden tetraeder i kæden er omvendt (“på hovedet”).

Amphibol er et endnu mere komplekst mineral. Det er dannet af et arrangement af SiO4-kæder, der er fastgjort side om side for at danne dobbeltkædede silikater. Det mest almindelige eksempel på amfibol er hornblende, der ofte kaldes et “skraldespandsmineral”, fordi meget substitution af kationer er tilladt i krystalgitteret. Det er et ferromagnesisk mineral ligesom olivin og pyroxen, men det indeholder ofte rigeligt Ca, Na og Al, og det indeholder strukturelt bundet vand i form af hydroxyl-ionen (OH-). Desuden erstatter Al Si i nogle af de tetraedriske steder, hvilket skaber en ladningsubalance, der opvejes af ændringer i de relative proportioner af Na, Ca osv.

Hornblendekrystal er ca. 6 cm lang, hvilket er en usædvanlig stor størrelse for et almindeligt bjergartsdannende mineral. Den er sandsynligvis dannet i en pegmatit eller et andet væskerigt sent magmatisk eller højgrads metamorfisk system (se nedenfor). Den mørke farve er typisk for dette mineral.

En anden type af vandholdigt mineral er glimmer, der dannes af boglignende lag af todimensionelle lag af SiO4-tetraedre i to-dimensionelle ark. Disse mineraler har én retning af perfekt spaltning, som et kortspil, hvilket gør det muligt at dele dem i meget tynde skiver. Almindelige eksempler er biotit (som ofte forekommer i bjergarter, der indeholder amfibol), muscovit, chlorit og phlogopit. Ligesom amfibol og nogle pyroxener kan glimmer-sammensætningen være ret variabel, især biotit.

Feldspat er rammesilikater, der findes i næsten alle magmatiske bjergarter og i mange sedimentære og metamorfe bjergarter. De er alumino-silikater af Ca, Na og K, og forekommer i forskellige atomart tilstande. Ca- og Na-feldspater udgør en serie af faste opløsninger kaldet plagioklas, der i sammensætning varierer fra anorthit (CaAl2Si2O8) til albit (NaAlSi3O8). Betydningen af dette mineral vil blive tydelig i månemodulet. K-feldspater klassificeres efter, hvor godt krystalgitteret er ordnet. Sanidin er den mindst ordnede form af KAlSi3O8, der findes i kiselholdige vulkanske bjergarter, mens stigende grader af ordening findes i plutoniske K-feldspater orthoklase og mikroklin.

Plagioklaskrystallen er ca. 10 cm høj og er ligesom den hornblendekrystal, der er vist ovenfor, sandsynligvis vokset i et hydrotermalt eller pegmatit-system. Plagioklas forekommer i næsten alle typer af magmatiske bjergarter, så den er allestedsnærværende på Jorden såvel som på andre jordiske planeter. De lyse områder på Månen, kaldet højlandet, består hovedsagelig af anorthosit, en bjergart, der hovedsagelig består af Ca-rige plagioklaser. Se på fuldmånen og prøv at skitsere arrangementet af Højlandet og Maria.

Alle silikatmineraler:Bemærk faldet i forholdet mellem SiO2 og kationer, fra uafhængige tetraedersilikater til rammesilikater, hvilket indikerer en stigning i den relative molekylære andel af SiO2 i mineralet. Som nævnt ovenfor er det enkleste rammesilikat kvarts. Kvarts findes i mange bjergarter, og tilstedeværelsen af kvarts indikerer tilgængeligheden af frie SiO2-molekyler i en magma, hvilket betyder, at kationer som Mg, Fe, Ca, Na osv. er blevet opbrugt ved dannelsen af andre mineraler. Kvarts og olivin findes generelt ikke sammen i naturen, fordi pyroxen har en sammensætning, der ligger mellem de to.

Tænk på den følgende afbalancerede reaktion mellem kemiske forbindelser: Mg2SiO4 + SiO2 <=> 2MgSiO3 I mineralogiske termer er denne ligning: Olivine + kvarts <=> 2 pyroxener.

Op til modul 3