Procese planetare

1. Concepte	2. Originea sistemului solar	3. Procese planetare	4. Procese terestre	5. Procese terestre	5. Meteoriți
6. Luna noastră	7. Teledetecție	8. Mercur	9. Marte	10. Venus, geamănul nostru
11. Jupiter & Lunile joviane	12. Saturn, inelele & Luni	13. Saturn, inelele & Luni	. Uranus	14. Neptun	15. Neptun	. Pluto, Charon & Comete

IMPACTAREA

Evenimentele de impact, cum ar fi cele care au format Meteor Crater acum aproximativ 50.000 de ani în Arizona și structura de impact Manicouagan acum aproximativ 210 milioane de ani în Quebec, reprezintă procesul dominant de acreție (creștere) și restructurare a suprafeței planetare. Planetele care nu prezintă o remaniere tectonică semnificativă, o meteorizare sau o eroziune a suprafețelor lor au suprafețe vechi care reflectă numeroasele impacturi din timpul primelor lor etape de creștere. Deși rata impacturilor a scăzut în ultimii 4,5 miliarde de ani, aceste evenimente încă se produc periodic, ocazional cu suficientă energie pentru a provoca distrugeri masive. Vom aborda mai multe despre acest subiect atunci când vom discuta despre geologia lunară și despre extincțiile în masă de pe Pământ.

Craterul Manicouagan

Craterul Meteoriților

Circuitele de cratere de impact de pe Callisto:

Gipul Catena este cel mai lung dintre cele aproximativ 12 astfel de lanțuri de pe Callisto, unul dintre cei 4 sateliți ai lui Jupiter de mărimea unei planete. Are o lungime de 620 de kilometri și este cel mai mare. Vizitați pagina NASA Callisto pentru mai multe informații

Vizitați Slide Show-ul craterelor de impact terestru

Compilat de Christian Koeberl și Virgil L. Sharpton

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

Alte site-uri de vizitat sunt următoarele:

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 (Resurse la Biblioteca sediului NASA): http://www.hq.nasa.gov/office/hqlibrary/pathfinders/aster.htm

Asteroizi, comete, meteoriți și obiecte din apropierea Pământului

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

Eugene și Carolyn Shoemaker au scris capitolul 6 din manualul nostru. Ca o echipă, acești autori au contribuit enorm la cunoștințele noastre despre impacturi și perspectivele unor coliziuni devastatoare în viitor. Cometa Shoemaker-Levy, care a lovit Jupiter în 1996, a fost descoperită de soții Shoemaker și de colegul lor David Levy. (În mod tragic, Gene Shoemaker a fost ucis, iar Carolyn Shoemaker a fost rănită într-o coliziune auto în timp ce lucrau la structurile de impact în Australia în vara anului 1997).

DIFERENȚIALIZARE PLANETARĂ

În termeni de evoluție planetară și procese geologice, diferențierea înseamnă a face un corp omogen eterogen. Aceasta reflectă adesea schimbări în proporțiile relative ale constituenților chimici și mineralogici de la un loc la altul. Prin urmare, diferențierea planetară se referă la procesele care fac ca un corp acritic esențialmente omogen, alcătuit din material solar primordial, să se separe în straturi cu proprietăți chimice și/sau fizice diferite. Dacă un corp planetar este suficient de mare, acesta va dezvolta un nucleu, o manta și o crustă, fiecare dintre acestea putând fi subdivizat ulterior. Fiecare strat al Pământului are propriul set de subdiviziuni, de exemplu: crusta superioară, medie și inferioară.

• Planetary Differentiation, Windows to the Universe by the U. of Michigan: http://www.windows.ucar.edu/
• Procese geofizice în diferențierea planetară: http://travesti.eps.mcgill.ca/~olivia/tp2002b/lectures/node40.html
• Earth and Space Network page on planetary formation: http://earthspace.net/solar_system/Earth_html/under_the_surface.html
• Absolute Astronomy: http://www.absoluteastronomy.com/reference/planetary_differentiation
• Răspunsuri — Wikipedia: http://www.answers.com/topic/planetary-differentiation

NOTA: Litosfera Pământului este alcătuită din întregul strat de crustă plus partea superioară a mantalei. Mantaua aflată imediat sub litosferă este mantaua astenosferică, care este similară din punct de vedere chimic și mineralogic cu mantaua litosferică, dar este parțial topită pentru a oferi un strat plastic peste care se deplasează plăcile litosferice. Tranziția litosferă-astenosferă este o consecință a unor procese dincolo de cele care au cauzat diferențierea în straturi. Vezi modulul 4 Pământ.

Diferențierea planetară este în primul rând legată de căldură, adică este manifestarea încălzirii interne, a topirii și a segregării componentelor. Componentele mai dense se scufundă în centru pentru a forma nucleul bogat în Fe-metal, în timp ce materialul mai puțin dens se ridică pentru a forma crusta de silicați. Presiunea și temperatura cresc odată cu adâncimea într-un corp planetar, astfel încât mineralele care sunt stabile la o anumită adâncime ar putea să nu fie stabile la o altă adâncime.

Plantele încep să se încălzească în primele lor etape de evoluție, iar bilanțul energetic al planetei implică mai multe procese:

Încălzirea prin impact rezultă atunci când un bolid (cometă, asteroid, meteorit) lovește un corp din spațiu. Energia cinetică a bolidului se duce în pulverizarea și vaporizarea atât a elementului de impact, cât și a unei părți a suprafeței planetare. O parte din ea se transformă în unde de șoc care se propagă prin planetă, iar restul se transformă în căldură. Roca este topită instantaneu în timpul unor impacturi mari. Printre dovezile privind topirea prin impact se numără tektitele găsite pe Pământ și mărgelele de sticlă găsite în solul lunar (acestea se deosebesc din punct de vedere chimic de sticlele vulcanice care se găsesc, de asemenea, în solul lunar).

	Căldura de maree este generată de ușoara deformare internă împotriva rezistenței de frecare pe măsură ce un corp planetar se rotește în jurul altuia. Fluctuațiile gravitaționale rezultă din variația pozițiilor relative ale celor două corpuri. De exemplu, mareele de pe Pământ sunt un răspuns direct la pozițiile Lunii și Soarelui. Perturbațiile gravitaționale rezultă, de asemenea, dintr-o orbită neregulată, astfel încât distanța care separă corpurile planetare nu este constantă. Cel mai bun exemplu de încălzire cauzată de maree în sistemul solar este în sistemul Jupiter, unde mica lună interioară Io prezintă un vulcanism activ din cauza încălzirii interne intense.
Căldura solară este responsabilă de procesele de meteorizare și de eroziune a suprafețelor pe planetele care au atmosferă, dar provoacă și încălzirea suprafeței pe planetele cu atmosferă subțire sau fără atmosferă. Cantitatea de energie solară care ajunge efectiv la suprafață depinde de mai mulți factori, cum ar fi densitatea și compoziția norilor. Suprafața planetei Venus atinge temperaturi de aproximativ 700 de grade Celsius din cauza încălzirii solare. Acest lucru sugerează că gradientul termic de sub suprafață este, de asemenea, destul de ridicat din cauza temperaturii de pornire ridicate de la suprafață. Astfel, cantitatea de căldură internă pierdută în spațiu poate fi foarte mult afectată de temperatura de la suprafață.
	Radiogenă Căldura este produsă în timpul dezintegrării izotopilor radioactivi. Știm din modulul 1 că prin nucleosinteză se produce o mare varietate de nuclizi care alcătuiesc o nebuloasă solară. Pe măsură ce se formează planetele, acestea încorporează elemente radioactive naturale, cum ar fi 235U și 40K, care au timpi de înjumătățire măsurați în miliarde de ani. Acești nuclizi cu durată de viață lungă sunt încă prezenți pe Pământ și în alte corpuri planetare, deși într-o abundență mai mică decât în momentul formării sistemului solar. Acest lucru permite o încălzire susținută pe termen lung în timpul evoluției planetare. Radionuclizii cu timpi de înjumătățire relativ scurți, măsurați în mii sau milioane de ani, cum ar fi 26Al, s-au dezintegrat la începutul evoluției planetare și au fost responsabili de încălzirea internă inițială.
	Încălzirea internă poate fi, de asemenea, cauzată de formarea nucleului, proces în timpul căruia energia potențială a materiei dense care se scufundă este transformată în căldură pe măsură ce materialul coboară spre un nivel mai adânc. Acest lucru nu este considerat un factor semnificativ în aducerea unui interior planetar aproape de topire, deoarece materialul implicat ar trebui să se topească parțial pentru ca segregarea să aibă loc în primul rând.

Cel mai important proces generator de căldură implicat în diferențierea planetară este dezintegrarea radiogenă. Rocile sunt materiale izolatoare, astfel încât căldura este transferată prin conducție foarte lent la suprafață, de unde este transferată prin radiație în spațiu. Din cauza acestei viteze lente de transfer de căldură, diferite părți din interiorul unei planete se vor încălzi până la punctul de topire parțială. Atunci când o magmă se formează și este injectată în alte regiuni ale corpului planetar (de obicei în sus, în straturile suprapuse), căldura este transferată prin convecție datorită mobilității materialului topit. Elementele și compușii volatili, cum ar fi apa, dioxidul de carbon, sulful etc., sporesc transferul de căldură prin convecție.

Vizitați manualul online de geochimie al lui W. M. White pentru o discuție amănunțită despre evoluția Pământului. Acest manual este, de asemenea, o resursă minunată pentru orice întrebări legate de geochimie.

MINERALE FORMATORII DE ROCI

Rocile sunt alcătuite din minerale, dintre care majoritatea sunt silicați formați prin combinarea anumitor cationi (Mg, Fe, Ca, Na, K, etc.) cu SiO2 (dioxid de siliciu). Alte minerale includ oxizi simpli (de exemplu, magnetita, cromita), halogenuri (sare = halit, silvită), sulfuri (pirita, galena), sulfați (gips), carbonați (calcit, dolomită), minerale compuse dintr-un singur element (diamant, grafit) și așa mai departe. De departe, cele mai multe dintre mineralele care formează roci sunt silicații, care sunt prezenți pe (sau în) fiecare corp planetar.

Sursa de informații despre mineralogie: http://www.mindat.org/

SiO2 este un oxid, dar când Si se combină cu O într-un aranjament tetraedric, există patru atomi de O pentru fiecare atom de Si. Acesta este tetraedrul silicaților, care acționează ca un anion complex datorită unui dezechilibru de sarcină cu cei doi atomi de oxigen în plus. Oxigenul este ionizat în O2-, iar siliciul este ionizat în Si4+, astfel încât combinația Si + 4O lasă un dezechilibru de sarcină de 4.

NOTA: Imaginați-vă că fiecare atom de O este împărțit de doi atomi de Si, astfel încât există o rețea tridimensională de tetraedre SiO4 cu toate acestea interconectate ca un cadru. În acest caz, nu ar exista un dezechilibru de sarcină și formula ar fi SiO2, cuarț.

Care latură a unui tetraedru SiO4 este identică, astfel încât acesta poate fi desenat ca un tetraedru geometric pentru a simplifica structurile diferitelor tipuri de minerale de silicat.

Rețineți structura moleculei de SiO4 în fiecare dintre următoarele

Olivina, un mineral de silicați în soluție solidă, are formula (Mg, Fe)2SiO4, ceea ce înseamnă că cationii Mg și Fe se înlocuiesc reciproc în rețeaua cristalină. Compoziția reală a olivinei variază de la o compoziție de membru terminal (forsterit = Mg2SiO4) la cealaltă (fayalit = Fe2SiO4). Echilibrul chimic dintre cationi (Mg, Fe) și anioni (SiO4) face ca structura olivinei să fie alcătuită din tetraedre independente de SiO4 înconjurate de Mg și Fe. Olivina se numește mineral feromagnezian (Fe și Mg) și are o temperatură de topire ridicată.

Fenocristale de olivină (cristale verzi) în curgerea de lavă bazaltică. Cristalele de olivină s-au format probabil înainte ca lava să erupă. Observați veziculele datorate exsoluției gazelor și expansiunii pe măsură ce lava s-a răcit. Imaginea are aproximativ 1×2 cm.

Piroxenul este alcătuit din Mg, Fe și uneori Ca (împreună cu alți cationi de substituție, cum ar fi Ti, Na, Al, etc.) care se potrivesc în jurul unor lanțuri unice de tetraedre de SiO4. Piroxenul se găsește cu multe compoziții diferite și are diverse denumiri, cum ar fi augite, enstatite, hypersthene, pigeonite etc., în funcție de proporțiile relative de Ca, Mg și Fe. Lanțurile de silicați, numite polimeri, sunt produse atunci când doi dintre cei patru atomi de O din fiecare tetraedru SiO4 sunt împărțiți cu un alt tetraedru. Observați că fiecare alt tetraedru din lanț este inversat („cu susul în jos”).

Amfibolul este un mineral și mai complex. Este format printr-un aranjament de lanțuri de SiO4 care sunt atașate unul lângă altul pentru a forma silicați cu lanț dublu. Cel mai comun exemplu de amfibol este hornblenda, numită adesea mineralul „coș de gunoi”, deoarece în rețeaua cristalină este permisă o mare substituție de cationi. Este un mineral feromagnezian, precum olivina și piroxenul, dar conține adesea Ca, Na și Al din abundență și conține apă legată structural sub forma ionului hidroxil (OH-). De asemenea, Al înlocuiește Si în unele dintre situsurile tetraedrice, creând un dezechilibru de sarcină care este compensat prin modificări ale proporțiilor relative de Na, Ca, etc.

Cristalul de hornblendă are o lungime de aproximativ 6 cm, o dimensiune neobișnuit de mare pentru un mineral comun formator de roci. S-a format probabil într-o pegmatită sau într-un alt sistem magmatic târziu bogat în fluide sau într-un sistem metamorfic de grad înalt (vezi mai jos). Culoarea închisă este tipică pentru acest mineral.

Un alt tip de mineral hidratant este mica, formată din straturi asemănătoare unor cărți de foi bidimensionale de tetraedre de SiO4. Aceste minerale au o singură direcție de clivaj perfect, ca un pachet de cărți, ceea ce le permite să fie divizate în plachete foarte subțiri. Exemple comune sunt biotitul (care apare adesea în rocile care conțin amfibol), muscovitul, cloritul și flogopitul. La fel ca și amfibolul și unele piroxene, compozițiile de mica pot fi destul de variabile, în special biotitul.

Feldspații sunt silicați de structură care se găsesc în aproape toate rocile igneice și în multe roci sedimentare și metamorfice. Ei sunt alumino-silicați de Ca, Na și K și apar în diferite stări de ordine atomică. Feldspații de Ca și Na cuprind o serie de soluții solide numite plagioclase, a căror compoziție variază de la anorthit (CaAl2Si2O8) la albit (NaAlSi3O8). Importanța acestui mineral va deveni evidentă în modulul Luna. Feldspații K sunt clasificați în funcție de cât de bine este ordonată rețeaua cristalină. Sanidina este cea mai puțin ordonată formă de KAlSi3O8 care se găsește în rocile vulcanice silicioase, în timp ce grade crescânde de ordonare se găsesc în feldspații K plutonici ortoclase și microcline.

Cristalul de plagioclase are o înălțime de aproximativ 10 cm și, la fel ca și cristalul de hornblendă prezentat mai sus, a crescut probabil într-un sistem hidrotermal sau pegmatitic. Plagioclasul se găsește în aproape toate tipurile de roci ionice, deci este omniprezent pe Pământ, precum și pe alte planete terestre. Regiunile de culoare deschisă ale Lunii, numite Highlands, sunt formate în mare parte din anorthosit, o rocă alcătuită în principal din plagioclase bogat în Ca. Priviți Luna plină și încercați să conturați dispunerea Highlands și Maria.

Toate mineralele silicatice:Observați scăderea raportului dintre SiO2 și cationi, de la silicați cu tetraedre independente la silicați cu structură, ceea ce indică o creștere a proporției moleculare relative a SiO2 în mineral. După cum s-a menționat mai sus, cel mai simplu silicat cadru este cuarțul. Întâlnit în multe roci, prezența cuarțului indică disponibilitatea moleculelor de SiO2 libere într-o magmă, ceea ce înseamnă că cationi precum Mg, Fe, Ca, Na etc. au fost consumați în formarea altor minerale. În general, cuarțul și olivina nu se găsesc împreună în natură, deoarece piroxenul are o compoziție intermediară între cele două.

Considerați următoarea reacție echilibrată între compuși chimici: Mg2SiO4 + SiO2 <=> 2MgSiO3 În termeni mineralogici această ecuație este: Olivină + Cuarț <=> 2 Piroxene.

Continuăm cu modulul 3

.