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岩浆洋假说

/magma ocean hypothesis/
条目作者邓力维

邓力维

最后更新 2022-01-20
浏览 174
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太阳系行星和月球前期演化的学说。

英文名称
magma ocean hypothesis
所属学科
地质学/地质资源与地质工程

岩浆洋假说由来已久,它最早被应用于月球前期演化。岩浆洋被认为是内太阳系行星和月球演化过程中普遍发生的事件。尽管星体大小及生长环境的差异导致岩浆洋发生的深度和广度等细节存在个体差别,但一般的岩浆洋假说可描述为:星子演化早期,放射性元素衰变和物质增生所产生的热量使得小行星体发生不同程度的熔融,即形成岩浆洋。伴随着岩浆洋冷却,硅酸盐与金属发生分离,金属液滴由于重力势能作用沉积在底部形成了行星核。硅酸盐部分则冷却固化析出各种矿物,依次累积在深部而成为幔的主要组成。在此过程中,由于矿物的密度差异,可能发生上覆和下部矿物倒转事件,即“幔倒转”。最终,岩浆洋的进一步固化使得壳与幔分离,形成了固化的壳。

①行星及月球探测返回样品的矿物学分析支持一些星球上曾发生过大范围的硅酸盐熔融以及后续的结晶分异。如月球、火星、金星。②返回样品的结晶年龄与行星形成年龄极为相近(44亿年或者更早)。③星体增生长大的时间轴被大幅度压缩。据此推断由增生和辐射产生的热极可能导致星体熔融,而非散失到外部空间。如月球、地球、金星。此外,火星壳、幔中的钨-182同位素(182W)和钕-142同位素(142Nd)含量指示其核形成时间较早,因此火星在极短时间内完成增生长大。

①具有短半衰期的放射性同位素衰变。如26Al、60Fe、146Sm、244Pu、182Hf等。26Al具有短半衰期和(太阳系早期)较高宇宙丰度的特征,是同位素衰变生热的重要来源。②撞击产生的热以及核幔分异势能。增生产生的热量可视为重力结合能。在行星形成早期,放射性元素衰变是导致岩浆洋形成的主要能量来源。伴随着星体增生长大,冲击碰撞概率增大,冲击事件所产生的热为后续岩浆洋形成提供条件。

岩浆洋假说是贯穿行星化学演化的最重要的主线之一,它直接设定行星最初物质组成和内部结构演化的起点,是认识行星形成发展的重要基础。但岩浆洋假说应用于不同星体时也面临诸多挑战。对于地球,长期的板块运动和对流活动磨灭了由于岩浆洋假说可能带来的诸多地质与地球化学特征,比如,原始地壳由于俯冲作用不复存在;岩浆洋结晶分异造成的同位素不均匀性因为地幔对流的均一化而无从查证等。尽管理论预测支持地球岩浆洋假说存在,然而,与此相关的地球化学证据并不明确。科学家通常开展高温、高压条件下亲铁元素在硅酸盐地幔和铁质地核中配分研究,反推发生地球岩浆洋事件的温压条件。

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