Bolygói folyamatok

1. Fogalmak	2. A Naprendszer eredete	3. Bolygói folyamatok	4. Földi folyamatok	5. Földi folyamatok	. Meteoritok
6. Holdunk	7. Távérzékelés	8. Merkúr	9. Holdunk	. Mars	10. Vénusz, az ikertestvérünk
11. Jupiter & Jupiter holdjai	12. Szaturnusz, gyűrűi & Holdak	13. Uránusz	14. Neptunusz	15. Plútó, Charon & Üstökösök

Becsapódások

A bolygók akkréciójának (növekedésének) és felszínének átalakulásának domináns folyamatát jelentik az olyan becsapódási események, mint amilyenek körülbelül 50 000 évvel ezelőtt Arizonában a Meteor-krátert és körülbelül 210 millió évvel ezelőtt Quebecben a Manicouagan becsapódási struktúrát alakították ki. Azok a bolygók, amelyek felszínének jelentős tektonikai átalakulása, időjárásváltozás vagy erózió nélkül, olyan régi felszínnel rendelkeznek, amely számos becsapódást tükröz a korai növekedési szakaszuk során. Bár a becsapódások üteme az elmúlt 4,5 milliárd év alatt csökkent, ezek az események még mindig időszakosan történnek, időnként elég energiával ahhoz, hogy hatalmas pusztítást okozzanak. Többet fogunk foglalkozni ezzel a témával, amikor a holdi geológiát és a földi tömeges kihalásokat tárgyaljuk.

Manicouagan kráter

Meteorkráter

Impakt kráterláncok a Callistón:

Gipul Catena a leghosszabb a mintegy 12 ilyen láncolat közül a Callistón, a Jupiter 4 bolygó méretű műholdjának egyikén. Hossza 620 kilométer, és ez a legnagyobb. További információkért látogasson el a NASA Callisto oldalára

Látogasson el a Terrestrial Impact Craters Slide Show-ra

Compiled by Christian Koeberl and Virgil L. Sharpton

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

További látogatható oldalak:

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-Earth Objects (Resources at the NASA HQ Library): http://www.hq.nasa.gov/office/hqlibrary/pathfinders/aster.htm

Aszteroidák, üstökösök, meteorok és földközeli objektumok

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

Eugene és Carolyn Shoemaker írta tankönyvünk 6. fejezetét. Csapatként ezek a szerzők óriási mértékben hozzájárultak a becsapódásokkal kapcsolatos ismereteinkhez és a jövőbeni pusztító ütközések kilátásaihoz. Az 1996-ban a Jupiterbe csapódott Shoemaker-Levy üstököst Shoemakerék és kollégájuk, David Levy fedezték fel. (Tragikus módon Gene Shoemaker meghalt, Carolyn Shoemaker pedig megsérült egy autóbalesetben, miközben 1997 nyarán Ausztráliában a becsapódási szerkezeteken dolgoztak.)

Bolygók differenciálódása

A bolygófejlődés és a geológiai folyamatok szempontjából a differenciálódás azt jelenti, hogy egy homogén testet heterogénné teszünk. Ez gyakran a kémiai és ásványtani összetevők relatív arányainak egyik helyről a másikra történő változását tükrözi. A bolygódifferenciálódás tehát azokra a folyamatokra utal, amelyek hatására egy alapvetően homogén, ősnapsugárzó anyagból álló felhalmozódott test különböző kémiai és/vagy fizikai tulajdonságokkal rendelkező rétegekre válik szét. Ha egy bolygótest elég nagy, akkor mag, köpeny és kéreg alakul ki, amelyek mindegyike tovább tagozódhat. A Földön minden egyes rétegnek megvan a maga alábontása, például: felső, középső és alsó kéreg.”

• Planetary Differentiation, Windows to the Universe by the U. of Michigan: http://www.windows.ucar.edu/
• Geofizikai folyamatok a bolygók differenciálódásában: http://travesti.eps.mcgill.ca/~olivia/tp2002b/lectures/node40.html
• Earth and Space Network oldala a bolygóképződésről: http://earthspace.net/solar_system/Earth_html/under_the_surface.html
• Abszolút csillagászat: http://www.absoluteastronomy.com/reference/planetary_differentiation
• Válaszok — Wikipedia: http://www.answers.com/topic/planetary-differentiation

MEGJEGYZÉS: A Föld litoszférája a teljes kéregrétegből és a köpeny legfelső részéből áll. A közvetlenül a litoszféra alatt található köpeny az asztenoszférikus köpeny, amely kémiailag és ásványtanilag hasonló a litoszférikus köpenyhez, de részben megolvadt, hogy képezzen egy plasztikus réteget, amelyen a litoszférikus lemezek mozognak. A litoszféra-asztenoszféra átmenet olyan folyamatok következménye, amelyek túlmutatnak azokon, amelyek a rétegek differenciálódását okozták. Lásd a 4. Föld modult.

A bolygók differenciálódása elsősorban hővel kapcsolatos, azaz a belső felmelegedés, az olvadás és az összetevők szétválásának megnyilvánulása. A sűrűbb komponensek a középpontba süllyednek, hogy kialakítsák a Fe-fémekben gazdag magot, míg a kevésbé sűrű anyag felemelkedik, hogy kialakítsa a szilikátos kérget. A nyomás és a hőmérséklet a bolygótest mélységével nő, így az egyik mélységben stabil ásványok nem biztos, hogy egy másik mélységben is stabilak.

A bolygók fejlődésük korai szakaszában kezdenek melegedni, és a bolygó energiaháztartása több folyamatot foglal magában:

Becsapódás A fűtés akkor keletkezik, amikor egy bolid (üstökös, aszteroida, meteor) becsapódik egy égitestbe az űrben. A bolid kinetikus energiája mind a becsapódót, mind a bolygó felszínének egy részét porlasztja és elpárologtatja. Ennek egy része lökéshullámokká alakul át, amelyek a bolygón keresztül terjednek, a maradék pedig hővé alakul át. Egyes nagy becsapódások során a kőzet azonnal megolvad. A becsapódási olvadás bizonyítékai közé tartoznak a Földön talált tektitek és a holdi talajban talált üveggyöngyök (kémiailag megkülönböztethetők a szintén a holdi talajban található vulkáni üvegektől).

	Az árapályhő a súrlódási ellenállással szembeni enyhe belső deformáció révén keletkezik, amikor az egyik bolygótest egy másik körül kering. A gravitáció ingadozásai a két test relatív helyzetének változásából adódnak. Például a Földön az árapályok a Hold és a Nap helyzetének közvetlen reakciója. A gravitációs ingadozások a szabálytalan keringésből is adódnak, amikor a bolygótesteket elválasztó távolság nem állandó. A Naprendszerben az árapály-fűtés legjobb példája a Jupiter-rendszerben található, ahol a kis belső hold, az Io az intenzív belső felmelegedés miatt aktív vulkanizmust mutat.
A napmeleg felelős a felszíni időjárási és eróziós folyamatokért a légkörrel rendelkező bolygókon, de felszíni felmelegedést okoz a vékony vagy légkör nélküli bolygókon is. A felszínre ténylegesen eljutó napenergia mennyisége számos tényezőtől függ, például a felhők sűrűségétől és összetételétől. A Vénusz felszíne a napfűtés hatására mintegy 700 Celsius-fokos hőmérsékletet ér el. Ez arra utal, hogy a felszín alatti hőgradiens is meglehetősen nagy a megemelkedett kiindulási felszíni hőmérséklet miatt. Így a felszíni hőmérséklet nagyban befolyásolhatja a világűrbe távozó belső hő mennyiségét.
	Radiogén Hő a radioaktív izotópok bomlása során keletkezik. Az 1. modulból tudjuk, hogy a nukleoszintézis során sokféle nuklid keletkezik, amelyek a napködöt alkotják. A bolygók kialakulásakor olyan természetesen előforduló radioaktív elemeket építenek be, mint a 235U és a 40K, amelyek felezési ideje több milliárd évben mérhető. Ezek a hosszú élettartamú nuklidok még mindig jelen vannak a Földön és más bolygókon, bár kisebb mennyiségben, mint a Naprendszer kialakulásakor. Ez lehetővé teszi a bolygók fejlődése során a tartós, hosszú távú felmelegedést. A viszonylag rövid, több ezer és millió év közötti felezési idejű radionuklidok, mint például a 26Al, a bolygófejlődés korai szakaszában bomlottak ki, és a kezdeti belső fűtésért voltak felelősek.
	A belső felmelegedés oka lehet a magképződés is, amely folyamat során a süllyedő sűrű anyag potenciális energiája hővé alakul át, ahogy az anyag mélyebb szint felé ereszkedik. Ezt nem tekintik jelentős tényezőnek abban, hogy egy bolygó belseje az olvadás közelébe kerüljön, mivel az érintett anyagnak részben meg kellett volna olvadnia ahhoz, hogy a szétválás egyáltalán bekövetkezzen.

A bolygók differenciálódásában részt vevő legfontosabb hőtermelő folyamat a radiogén bomlás. A kőzetek szigetelő anyagok, így a hő vezetéssel nagyon lassan jut el a felszínre, ahonnan sugárzással távozik az űrbe. E lassú hőátadási sebesség miatt a bolygó belsejének különböző részei a részleges olvadásig felmelegednek. Amikor magma keletkezik és a bolygótest más régióiba (általában felfelé, a felette lévő rétegekbe) injektálódik, az olvadt anyag mozgékonysága miatt a hő konvekció útján adódik át. Az illékony elemek és vegyületek, mint például a víz, a szén-dioxid, a kén stb. fokozzák a konvekciós hőátadást.

Látogasson el W. M. White online geokémia tankönyvébe, ahol alaposan tárgyalja a Föld fejlődését. Ez a tankönyv kiváló forrás a geokémiával kapcsolatos bármilyen kérdésre is.

Kőzetképző ásványok

A kőzetek ásványokból állnak, amelyek többsége szilikát, amelyek bizonyos kationok (Mg, Fe, Ca, Na, K stb.) és SiO2 (szilícium-dioxid) kombinációjából keletkeznek. Más ásványok közé tartoznak az egyszerű oxidok (pl. magnetit, kromit), halogenidek (só = halit, szilvit), szulfidok (pirit, galenit), szulfátok (gipsz), karbonátok (kalcit, dolomit), egyetlen elemből álló ásványok (gyémánt, grafit), és így tovább. A kőzetalkotó ásványok közül messze a legtöbbet a szilikátok alkotják, amelyek minden bolygón (vagy bolygótestben) jelen vannak.

Mineralógiai információforrás: http://www.mindat.org/

A SiO2 egy oxid, de amikor a Si tetraéderes elrendeződésben egyesül O-val, akkor minden egyes Si atomra négy O atom jut. Ez a szilikát tetraéder, amely a két extra oxigénatom töltésegyenlőtlensége miatt komplex anionként viselkedik. Az oxigén O2-nek, a szilícium pedig Si4+-nak ionizálódik, így a Si + 4O kombináció 4 töltésegyenlőtlenséget hagy maga után.

MEGJEGYZÉS: Képzeljük el, hogy minden egyes O atomon két Si atom osztozik úgy, hogy a SiO4 tetraéderek háromdimenziós hálózata létezik, amelyek mindegyike vázszerűen kapcsolódik egymáshoz. Ebben az esetben nem lenne töltésegyenlőtlenség, és a képlet SiO2, kvarc lenne.

A SiO4 tetraéder minden oldala azonos, így a különböző szilikátásványok szerkezetének egyszerűsítése érdekében geometriai tetraéderként rajzolható.

Jegyezzük meg a SiO4 molekula szerkezetét az alábbiakban

A szilikátos szilárd oldatú ásvány, az olivin képlete (Mg, Fe)2SiO4, ami azt jelenti, hogy a kristályrácsban a Mg- és Fe-kationok helyettesítik egymást. Az olivin tényleges összetétele az egyik végtag összetételétől (forsterit = Mg2SiO4) a másikig (fayalit = Fe2SiO4) változik. A kationok (Mg, Fe) és anionok (SiO4) kémiai egyensúlya miatt az olivin szerkezete független SiO4 tetraéderekből áll, amelyeket Mg és Fe vesz körül. Az olivint ferromagnéziás ásványnak (Fe és Mg) nevezik, és magas olvadási hőmérséklettel rendelkezik.

Olivin fenokristályok (zöld kristályok) bazaltos lávafolyásban. Az olivin kristályok valószínűleg a láva kitörése előtt keletkeztek. Figyeljük meg a láva lehűlése során a gázok kioldódása és tágulása miatt keletkezett hólyagocskákat. A kép kb. 1×2 cm.

A piroxén Mg, Fe és néha Ca (más helyettesítő kationokkal együtt, mint Ti, Na, Al stb.) alkotja, amelyek SiO4 tetraéderek egyes láncai köré illeszkednek. A piroxén sokféle összetételben fordul elő, és a Ca, Mg és Fe relatív arányától függően különböző neveket kap, mint például augit, ensztatit, hipersztén, galambit stb. A szilikátláncok, az úgynevezett polimerek akkor jönnek létre, amikor az egyes SiO4 tetraéderek négy O atomja közül kettőt megosztanak egy másik tetraéderrel. Vegyük észre, hogy a láncban minden második tetraéder fordított (“fejjel lefelé”).

Az amfibol még ennél is összetettebb ásvány. Olyan SiO4-láncok elrendeződésével jön létre, amelyek egymás mellé kapcsolódva kettős láncú szilikátokat alkotnak. Az amfibol leggyakoribb példája a szarukő, amelyet gyakran “szemétdoboz” ásványnak neveznek, mivel a kristályrácsban sok kation helyettesítését engedi meg. Az olivinhez és piroxénhez hasonlóan ferromagnéziás ásvány, de gyakran bőségesen tartalmaz Ca-t, Na-t és Al-t, és szerkezetileg kötött vizet tartalmaz a hidroxil (OH-) ion formájában. Emellett az Al helyettesíti a Si-t néhány tetraéderes helyen, ami töltésegyenlőtlenséget okoz, amit a Na, Ca stb. relatív arányainak változása ellensúlyoz.

A Hornblende kristály körülbelül 6 cm hosszú, ami szokatlanul nagy méret egy gyakori kőzetalkotó ásványhoz képest. Valószínűleg pegmatitban vagy más, folyadékban gazdag késő magmás vagy nagyfokú metamorf rendszerben keletkezett (lásd alább). A sötét szín jellemző erre az ásványra.

A vizes ásványok másik típusa a csillám, amely SiO4 tetraéderek kétdimenziós lapjainak könyvszerű rétegeiből képződik. Ezek az ásványok egy irányban tökéletesen hasadnak, mint egy kártyapakli, ami lehetővé teszi, hogy nagyon vékony lemezekre lehessen őket hasítani. Gyakori példák a biotit (amely gyakran előfordul amfibolt tartalmazó kőzetekben), a muszkovit, a klorit és a flogopit. Az amfibolhoz és egyes piroxénekhez hasonlóan a csillámok összetétele is igen változatos lehet, különösen a biotité.

A mészkő vázszilikátok, amelyek szinte minden vulkáni kőzetben, valamint számos üledékes és metamorf kőzetben megtalálhatók. Ezek a Ca, Na és K alumínium-szilikátok, és különböző atomos rendezettségi állapotokban fordulnak elő. A Ca és Na földpátok a plagioklász nevű szilárd oldatsort alkotják, amelynek összetétele az anortittól (CaAl2Si2O8) az albitig (NaAlSi3O8) terjed. Ennek az ásványnak a fontossága a Hold modulban fog kiderülni. A K-földpátok aszerint osztályozhatók, hogy mennyire rendezett a kristályrács. A szanidin a KAlSi3O8 legkevésbé rendezett formája, amely szilikátos vulkáni kőzetekben található, míg a növekvő rendezettségi fokot a plutonikus K-meddőkben az ortoklász és a mikroklin találjuk.

A plagioklász kristály körülbelül 10 cm magas, és a fent látható hornblendekristályhoz hasonlóan valószínűleg hidrotermális vagy pegmatitos rendszerben nőtt. A plagioklász szinte minden típusú vulkáni kőzetben előfordul, így a Földön és más földi bolygókon is mindenütt jelen van. A Hold világos színű régiói, az úgynevezett Felföldek, többnyire anortozitból, egy olyan kőzetből állnak, amely főként Ca-ban gazdag plagioklászból áll. Nézzétek meg a teliholdat, és próbáljátok meg felvázolni a Magasföldek és a Mária elrendezését.

Minden szilikátásvány:Figyeljük meg a SiO2 és a kationok arányának csökkenését a független tetraéderes szilikátoktól a vázszilikátokig, ami a SiO2 relatív molekuláris arányának növekedését jelzi az ásványban. Mint fentebb említettük, a legegyszerűbb vázszilikát a kvarc. A sok kőzetben megtalálható kvarc jelenléte azt jelzi, hogy a magmában szabad SiO2 molekulák állnak rendelkezésre, ami azt jelenti, hogy az olyan kationok, mint a Mg, Fe, Ca, Na stb. más ásványok képződésében elfogytak. A kvarc és az olivin általában nem fordul elő együtt a természetben, mivel a piroxén összetétele a kettő között van.

Gondoljunk a következő kémiai vegyületek közötti egyensúlyi reakcióra: Mg2SiO4 + SiO2 <=> 2MgSiO3 Ásványtani szempontból ez az egyenlet a következő:

A 3. modulra

.