Planetaire Processen

1. Begrippen	2. Oorsprong zonnestelsel	3. Planetaire processen	4. Aardse processen	5. Meteorieten
6. Onze maan	7. Remote Sensing	8. Mercurius	9. Mars	10. Venus, onze tweeling
11. Jupiter & Joviaanse Manen	12. Saturnus, Ringen & Manen	13. Uranus	14. Neptunus	15. Pluto, Charon & Kometen

Impacting

Impacting events, like those that formed Meteor Crater about 50,000 years ago in Arizona and the Manicouagan impact structure about 210 million years ago in Quebec, represent the dominant process of planetary accretion (growth) and surface restructuring. Planeten zonder significante tektonische herbewerking, verwering of erosie van hun oppervlak hebben oude oppervlakken die talrijke inslagen tijdens hun vroege groeifasen weerspiegelen. Hoewel het aantal inslagen de afgelopen 4,5 miljard jaar is afgenomen, vinden deze gebeurtenissen nog steeds periodiek plaats, soms met voldoende energie om enorme verwoesting te veroorzaken. We zullen meer van dit onderwerp behandelen wanneer we de geologie van de maan en massa-extincties op de Aarde bespreken.

Manicouagan krater

Meteor krater

Impact Crater Chains op Callisto:

Gipul Catena is de langste van een twaalftal van dergelijke ketens op Callisto, een van Jupiters 4 satellieten ter grootte van een planeet. Hij is 620 kilometer lang en de grootste. Bezoek NASA’s Callisto pagina voor meer informatie

Bekijk de Terrestrial Impact Craters Slide Show

Samengesteld door Christian Koeberl en Virgil L. Sharpton

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

Andere sites om te bezoeken zijn de volgende:

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 Botsing met Jupiter: http://www.jpl.nasa.gov/sl9/sl9.html

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

Asteroïden, kometen, meteoren, en aardscheerders

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

Eugene en Carolyn Shoemaker schreven hoofdstuk 6 van ons leerboek. Als team hebben deze auteurs een enorme bijdrage geleverd aan onze kennis over inslagen en de vooruitzichten op verwoestende botsingen in de toekomst. De Shoemaker-Levy komeet die in 1996 Jupiter trof, werd ontdekt door de Shoemakers en hun collega David Levy. (Tragisch genoeg kwam Gene Shoemaker om het leven en raakte Carolyn Shoemaker gewond bij een auto-ongeluk toen ze in de zomer van 1997 in Australië aan inslagstructuren werkte).

PLANETAIRE DIFFERENTIËRING

In termen van planetaire evolutie en geologische processen betekent differentiatie het heterogeen maken van een homogeen lichaam. Dit weerspiegelt vaak veranderingen in de relatieve verhoudingen van chemische en mineralogische bestanddelen van de ene plaats naar de andere. Planetaire differentiatie verwijst dus naar de processen die ervoor zorgen dat een in essentie homogeen accretielichaam dat is opgebouwd uit oermateriaal van de zon, gescheiden raakt in lagen met verschillende chemische en/of fysische eigenschappen. Als een planetair lichaam groot genoeg is, zal het een kern, mantel en korst ontwikkelen, die elk verder kunnen worden onderverdeeld. Elke laag in de Aarde heeft zijn eigen set van onderverdelingen, bijvoorbeeld: bovenste, middelste en onderste korst.

• Planetaire Differentiatie, Vensters voor het Heelal door de U. van Michigan: http://www.windows.ucar.edu/
• Geofysische processen in planetaire differentiatie: http://travesti.eps.mcgill.ca/~olivia/tp2002b/lectures/node40.html
• Earth and Space Network pagina over planetaire vorming: http://earthspace.net/solar_system/Earth_html/under_the_surface.html
• Absolute Astronomy: http://www.absoluteastronomy.com/reference/planetary_differentiation
• Antwoorden — Wikipedia: http://www.answers.com/topic/planetary-differentiation

NOOT: De lithosfeer van de Aarde bestaat uit de gehele aardkorstlaag plus het bovenste gedeelte van de mantel. De mantel onmiddellijk onder de lithosfeer is de asthenosferische mantel, die chemisch en mineralogisch gelijk is aan de lithosferische mantel, maar die gedeeltelijk gesmolten is om een plastische laag te vormen waarover de lithosferische platen zich bewegen. De overgang tussen lithosfeer en asthenosfeer is een gevolg van processen die verder gaan dan de processen die de differentiatie in lagen hebben veroorzaakt. Zie module 4 Aarde.

Planetaire differentiatie is hoofdzakelijk warmte-gerelateerd, d.w.z. het is de manifestatie van interne verhitting, smelten, en segregatie van componenten. Dichtere componenten zakken naar het centrum om de Fe-metaal rijke kern te vormen, terwijl minder dicht materiaal opstijgt om de silicaatkorst te vormen. Druk en temperatuur nemen toe met de diepte in een planetair lichaam, zodat mineralen die stabiel zijn op de ene diepte misschien niet stabiel zijn op een andere diepte.

Planeten beginnen op te warmen in hun vroege stadia van evolutie en het energiebudget van de planeet omvat verschillende processen:

Inslagverwarming ontstaat wanneer een bolide (komeet, asteroïde, meteoor) inslaat op een lichaam in de ruimte. De kinetische energie van de bolide verpulvert en verdampt zowel de inslagstof als een deel van het planeetoppervlak. Een deel ervan wordt omgezet in schokgolven die zich door de planeet voortplanten en de rest wordt omgezet in warmte. Tijdens sommige grote inslagen wordt gesteente ogenblikkelijk gesmolten. Bewijzen voor inslagsmelting zijn onder meer tektieten die op aarde zijn gevonden en glasparels die in de maanbodem zijn gevonden (deze zijn chemisch te onderscheiden van vulkanisch glas dat ook in de maanbodem wordt aangetroffen).

	Tijdewarmte wordt opgewekt door de lichte inwendige vervorming tegen wrijvingsweerstand wanneer een planetair lichaam rond een ander draait. Schommelingen in de zwaartekracht zijn het gevolg van variaties in de relatieve posities van de twee lichamen. Zo zijn bijvoorbeeld de getijden op aarde een directe reactie op de posities van de maan en de zon. Zwaartekrachtverstoringen zijn ook het gevolg van een onregelmatige baan, zodat de afstand tussen de planetaire lichamen niet constant is. Het beste voorbeeld van getijdenverwarming in het zonnestelsel is te vinden in het Jupitersysteem, waar de kleine binnenmaan Io actief vulkanisme vertoont als gevolg van intense interne verhitting.
Zonnewarmte is verantwoordelijk voor oppervlakkige verwering en erosieprocessen op planeten die een atmosfeer hebben, maar veroorzaakt ook opwarming van het oppervlak op planeten met een dunne of geen atmosfeer. De hoeveelheid zonne-energie die daadwerkelijk het oppervlak bereikt hangt af van verschillende factoren, zoals de dichtheid en samenstelling van wolken. Het oppervlak van Venus bereikt temperaturen van rond de 700 graden Celsius als gevolg van de opwarming door de zon. Dit suggereert dat de thermische gradiënt onder het oppervlak ook vrij hoog is ten gevolge van de hoge starttemperatuur van het oppervlak. De hoeveelheid interne warmte die naar de ruimte verloren gaat, kan dus sterk beïnvloed worden door de oppervlaktetemperatuur.
	Radiogene warmte wordt geproduceerd tijdens het verval van radioactieve isotopen. We weten uit module 1 dat nucleosynthese een grote verscheidenheid aan nucliden produceert die samen een zonnenevel vormen. Wanneer planeten worden gevormd, nemen zij in de natuur voorkomende radioactieve elementen op, zoals 235U en 40K, die een halveringstijd hebben die in miljarden jaren wordt gemeten. Deze langlevende nucliden zijn nog steeds aanwezig in de aarde en andere planetaire lichamen, hoewel in geringere hoeveelheden dan toen het zonnestelsel werd gevormd. Dit maakt een langdurige opwarming tijdens de evolutie van de planeten mogelijk. Radionucliden met relatief korte halfwaardetijden, gemeten in duizenden tot miljoenen jaren, zoals 26Al, vervielen vroeg in de planetaire evolutie en waren verantwoordelijk voor de initiële interne verwarming.
	Inwendige verhitting kan ook worden veroorzaakt door kernvorming, waarbij de potentiële energie van zinkende dichte materie in warmte wordt omgezet naarmate het materiaal naar een dieper niveau afdaalt. Dit wordt niet beschouwd als een significante factor om een planetair inwendig dicht bij smelten te brengen, omdat het betrokken materiaal gedeeltelijk gesmolten zou moeten worden om in de eerste plaats segregatie te laten plaatsvinden.

Het belangrijkste warmteproducerende proces betrokken bij planetaire differentiatie is radiogeen verval. Rotsen zijn isolerende materialen, zodat warmte zeer langzaam door geleiding naar het oppervlak wordt overgebracht, waar zij door straling naar de ruimte wordt afgevoerd. Door deze langzame warmteoverdracht worden verschillende delen van het inwendige van een planeet verhit tot het punt van gedeeltelijk smelten. Wanneer een magma wordt gevormd en in andere regio’s van het planetaire lichaam wordt geïnjecteerd (gewoonlijk naar boven in de bovenliggende lagen), wordt de warmte overgedragen door convectie als gevolg van de mobiliteit van het gesmolten materiaal. Vluchtige elementen en verbindingen, zoals water, kooldioxide, zwavel, enz., versterken de warmteoverdracht door convectie.

Bezoek het online leerboek geochemie van W. M. White voor een grondige bespreking van de evolutie van de Aarde. Dit leerboek is ook een geweldige bron voor alle vragen met betrekking tot geochemie.

RUKSVORMENDE MINERERALEN

Rocken zijn gemaakt van mineralen, waarvan de meeste silicaten zijn, gevormd door de combinatie van bepaalde kationen (Mg, Fe, Ca, Na, K, enz.) met SiO2 (siliciumdioxide). Andere mineralen zijn eenvoudige oxiden (b.v. magnetiet, chromiet), halogeniden (zout = haliet, sylviet), sulfiden (pyriet, galena), sulfaten (gips), carbonaten (calciet, dolomiet), mineralen die uit één enkel element bestaan (diamant, grafiet), enzovoort. Verreweg de meeste gesteentevormende mineralen zijn silicaten, die op (of in) ieder planetair lichaam aanwezig zijn.

Mineralogie Informatiebron: http://www.mindat.org/

SiO2 is een oxide, maar wanneer Si zich met O in een tetrahedrale opstelling verbindt, zijn er vier O-atomen voor elk Si atoom. Dit is de silicaattetraëder, die werkt als een complex anion door een ladingsonbalans met de twee extra zuurstofatomen. Zuurstof wordt geïoniseerd tot O2- en silicium wordt geïoniseerd tot Si4+, zodat de combinatie van Si + 4O een ladingsonevenwichtigheid van 4 overlaat.

NOOT: Stel u voor dat elk O-atoom wordt gedeeld door twee Si atomen, zodat er een driedimensionaal netwerk van SiO4 tetraëders bestaat, die alle als een raamwerk met elkaar zijn verbonden. In dat geval zou er geen ladingsonbalans zijn en zou de formule SiO2, kwarts zijn.

Elke zijde van een SiO4 tetraëder is identiek, zodat hij als een geometrische tetraëder kan worden getekend om de structuren van verschillende silicaatmineralen te vereenvoudigen.

Noteer de structuur van de SiO4 molecule in elk van de volgende

Olivijn, een silicaatmineraal in vaste oplossing, heeft de formule (Mg, Fe)2SiO4 wat betekent dat de kationen Mg en Fe elkaar vervangen in het kristalrooster. De eigenlijke samenstelling van olivijn varieert van de ene eindgroepsamenstelling (forsteriet = Mg2SiO4) tot de andere (fayaliet = Fe2SiO4). Het chemisch evenwicht van kationen (Mg, Fe) en anionen (SiO4) zorgt ervoor dat de structuur van olivijn bestaat uit onafhankelijke SiO4 tetraëders omgeven door Mg en Fe. Olivijn wordt een ferromagnesien mineraal genoemd (Fe en Mg) en heeft een hoge smelttemperatuur.

Olivijn fenokristen (groene kristallen) in basaltische lava stroom. Olivijnkristallen waarschijnlijk gevormd voordat de lava tot uitbarsting kwam. Let op de blaasjes als gevolg van het oplossen en uitzetten van gas bij het afkoelen van de lava. Afbeelding is ongeveer 1×2 cm.

Pyroxeen is opgebouwd uit Mg, Fe en soms Ca (samen met andere vervangende kationen zoals Ti, Na, Al, enz.) die passen rond enkelvoudige ketens van SiO4 tetraëders. Pyroxeen wordt in veel verschillende samenstellingen gevonden, en heeft verschillende namen zoals augiet, enstatiet, hyperstheen, duifiet, enz. afhankelijk van de relatieve verhoudingen van Ca, Mg, en Fe. De silicaatketens, polymeren genoemd, ontstaan wanneer twee van de vier O-atomen in elk SiO4 tetraëder gedeeld worden met een ander tetraëder. Merk op dat elke andere tetraëder in de keten omgekeerd is (“ondersteboven”).

Amfibool is een nog complexer mineraal. Het wordt gevormd door een rangschikking van SiO4-ketens die naast elkaar zijn bevestigd om dubbele ketensilicaten te maken. Het meest voorkomende voorbeeld van amfibool is hoornblende, vaak een “vuilnisbak”-mineraal genoemd omdat in het kristalrooster veel substitutie van kationen is toegestaan. Het is een ferromagnesens mineraal zoals olivijn en pyroxeen, maar bevat vaak overvloedig Ca, Na, en Al, en het bevat structureel gebonden water in de vorm van het hydroxyl (OH-) ion. Ook vervangt Al Si in sommige van de tetrahedrale plaatsen, waardoor een ladingsonevenwichtigheid ontstaat die wordt gecompenseerd door veranderingen in de relatieve verhoudingen van Na, Ca, enz.

Hornblende kristal is ongeveer 6 cm lang, een ongewoon grote afmeting voor een gewoon gesteente-vormend mineraal. Het is waarschijnlijk gevormd in een pegmatiet of een ander vloeistofrijk laatmagmatisch of hooggradig metamorfisch systeem (zie hieronder). De donkere kleur is typisch voor dit mineraal.

Een ander type waterhoudend mineraal is mica, gevormd door boekvormige lagen van tweedimensionale bladen van SiO4 tetraëders. Deze mineralen hebben één richting van perfecte splitsing, zoals een kaartspel, waardoor ze in zeer dunne wafers kunnen worden gesplitst. Bekende voorbeelden zijn biotiet (dat vaak voorkomt in gesteenten die amfibool bevatten), muscoviet, chloriet en phlogopiet. Net als amfibool en sommige pyroxenen kan de samenstelling van mica nogal variabel zijn, vooral biotiet.

Veldspaten zijn kadersilicaten die in bijna elk stollingsgesteente voorkomen, en in veel sedimentaire en metamorfe gesteenten. Het zijn aluminosilicaten van Ca, Na en K, en komen voor in verschillende staten van atomaire orde. De Ca en Na veldspaten vormen een vaste oplossingsreeks, plagioklaas genaamd, die in samenstelling varieert van anorthiet (CaAl2Si2O8) tot albiet (NaAlSi3O8). Het belang van dit mineraal zal duidelijk worden in de Maanmodule. K-veldspaten worden ingedeeld naar de mate waarin het kristalrooster geordend is. Sanidine is de minst geordende vorm van KAlSi3O8 die wordt gevonden in kiezelhoudende vulkanische gesteenten, terwijl toenemende graden van ordening worden gevonden in plutonische K-veldspaten orthoklaas en microklien.

Plagioklaas kristal is ongeveer 10 cm hoog en is, net als het hoornblende kristal dat hierboven is afgebeeld, waarschijnlijk gegroeid in een hydrothermisch of pegmatiet systeem. Plagioklaas komt voor in bijna elk type stollingsgesteente, dus is het alomtegenwoordig op de Aarde en ook op andere aardse planeten. De lichtgekleurde gebieden van de maan, de Hooglanden genoemd, bestaan voor het grootste deel uit anorthosiet, een gesteente dat voor het grootste deel uit Ca-rijke plagioklaas bestaat. Kijk naar de volle maan en probeer de indeling van Hooglanden en Maria te schetsen.

Alle Silicaatmineralen:Let op de afname van de verhouding tussen SiO2 en kationen, van onafhankelijke tetraëder silicaten naar framework silicaten, wat wijst op een toename van het relatieve moleculaire aandeel van SiO2 in het mineraal. Zoals hierboven opgemerkt, is kwarts het eenvoudigste kadersilicaat. Kwarts, dat in veel gesteenten voorkomt, wijst op de beschikbaarheid van vrije SiO2-moleculen in een magma, wat betekent dat kationen als Mg, Fe, Ca, Na, enz. zijn opgebruikt bij de vorming van andere mineralen. Kwarts en olivijn worden in de natuur over het algemeen niet samen gevonden omdat pyroxeen een samenstelling heeft die tussen beide in ligt.

Bedenk de volgende evenwichtige reactie tussen chemische verbindingen: Mg2SiO4 + SiO2 <=> 2MgSiO3 In mineralogische termen is deze vergelijking: Olivijn + Kwarts <=> 2 Pyroxenen.

Op naar module 3