10.2: 金星的地质学
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学习目标
在本节结束时，您将能够：
- 描述金星表面的一般特征
- 解释一下对金星陨石坑的研究告诉我们关于金星表面年龄的信息
- 将金星上的构造活动和火山与地球的构造活动和火山进行比较
- 解释为什么金星的表面不适合人类生命
由于金星的大小和组成与地球差不多，我们可能预计它的地质情况会相似。 这在一定程度上是正确的，但金星的板块构造与地球不同，我们将看到它没有侵蚀导致表面外观截然不同。
探索金星的宇宙飞船
近50艘航天器已发射到金星，但只有大约一半成功发射。 尽管1962年的美国水手2号飞越是第一次，但苏联随后向金星发射了大部分任务。 1970 年，Venera 7 成为第一个着陆并从金星表面广播数据的探测器。 它运行了23分钟，然后才屈服于高表面温度。 随之而来的是其他Venera探测器和着陆器，拍摄了地表并分析了大气和土壤。
但是，要了解金星的地质状况，我们需要对其表面进行全球研究，而地球周围永恒的云层使这项任务变得非常艰巨。 这个问题类似于机场空中交通管制员面临的挑战，当时天气多云或烟雾弥漫以至于他们无法直观地找到即将来临的飞机。 两种情况下的解决方案是相似的：使用雷达仪器探测遮挡层。
第一张全球雷达地图是由美国先锋维纳斯轨道飞行器在20世纪70年代末绘制的，随后是1980年代初来自苏联双Venera 15和16雷达轨道飞行器的更好的地图。 但是，我们关于金星地质学的大部分信息来自美国的麦哲伦航天器，该航天器使用强大的成像雷达绘制了金星地图。 麦哲伦制作了分辨率为 100 米的图像，比之前的任务要好得多，这是我们对姊妹星球表面的首次详细观察（图）。 （麦哲伦航天器返回到地球的数据比以前所有行星任务的总和还要多；航天器每传输100分钟的数据，如果翻译成字符，就会提供足够的信息，足以填满两本30卷的百科全书。）
想一想麦哲伦的100米分辨率到底有多好。 这意味着来自金星的雷达图像可以显示表面上比足球场大的任何东西。 突然之间，我们看到了金星上的许多地形特征。 在阅读本章中的雷达图像时，请记住，这些图像是由雷达反射构造的，而不是根据可见光照片构造的。 例如，这些雷达图像上的明亮特征表示地形崎岖，而较暗的区域则更平滑。
探测金星的云层
金星的雷达图显示，如果我们的星球表面没有因沉积物的侵蚀和沉积而不断改变，那么这颗行星的外观与地球的样子差不多。 由于金星上没有水或冰，而且地表风速很低，几乎没有什么能掩盖或抹去金星地壳运动、火山喷发和撞击坑所产生的复杂地质特征。 终于穿透了金星的云层之下，我们发现它的表面是裸露的，揭示了数亿年地质活动的历史。
金星表面约有75％由低地熔岩平原组成。 从表面上看，这些平原类似于地球的玄武岩海盆地，但它们的产生方式并不完全相同。 没有证据表明金星上有俯冲带，这表明与地球不同，这颗行星从未经历过板块构造。 尽管其地幔中的对流（高温物质的上升）在金星地壳中产生了巨大的应力，但它们并没有启动大型大陆板块的移动。 金星熔岩平原的形成更接近于月球玛丽亚的形成。 两者都是大面积熔岩喷发的结果，没有与板块构造相关的地壳扩散。
在低地熔岩平原上方升起的是两个由山区地形组成的全尺寸大陆。 金星上最大的大陆叫做阿芙罗狄蒂，面积与非洲差不多（你可以在图中看到它脱颖而出\(\PageIndex{1}\)）。 阿芙罗狄蒂沿赤道延伸大约三分之一的路程环绕地球。 其次是北部高地地区伊什塔尔，其面积与澳大利亚差不多。 伊什塔尔拥有地球上最高的地区——麦克斯韦山脉，它比周围的低地高出11千米。 （麦克斯韦山脉是金星上唯一以人命名的长片。 他们纪念詹姆斯·克莱克·麦克斯韦，他的电磁学理论促成了雷达的发明。 所有其他长片都以女性命名，无论是历史还是神话。）
陨石坑和金星表面时代
天文学家在高分辨率麦哲伦图像中首先要解决的问题之一是金星表面的年龄。 请记住，行星表面的年龄很少是它所处世界的时代。 年轻只是意味着该地区的地质活跃。 这样的年龄可以通过计算撞击坑得出。 图\(\PageIndex{2}\)是金星雷达图像上这些陨石坑的样子的示例。 地表的火山口越密集，其年龄就越大。 金星上最大的火山口（称为米德）直径为275千米，略大于已知最大的陆地火山口（Chicxulub），但比月球撞击盆地小得多。
你可能会认为金星的厚厚大气层可以保护地表免受撞击，在射弹到达地表之前很久就将其烧毁。 但是只有较小的射弹才是这种情况。 火山口统计数据显示，直径小于10千米的陨石坑很少，这表明小于约1千米（通常会产生10公里火山口的大小）的射弹被大气阻止。 那些直径在 10 到 30 千米之间的陨石坑经常失真或多重，这显然是因为来袭的弹丸在撞击地面之前就在大气中破裂了，如图中的斯坦因火山口所示\(\PageIndex{2}\)。 但是，如果我们将自己局限于产生直径为30千米或以上的陨石坑的撞击，那么火山口计数对金星的测量与对月球等无气天体同样有用。
金星平原上的大型陨石坑表明平均地表年龄仅在3亿至6亿年之间。 这些结果表明，金星确实是一颗具有持续地质活动的行星，介于地球海洋盆地（更年轻、更活跃）和其大陆（较老且活跃程度较低）之间。
金星上几乎所有的大型陨石坑看起来都很新鲜，几乎没有降解或被熔岩或风吹的尘埃填满。 这是我们知道侵蚀或沉积物沉积速率非常低的一种方式。 我们的印象是，自从金星平原上次因大规模火山活动重新浮出水面以来，发生的事情相对较少。 显然，金星在3亿至6亿年前经历了某种全球范围的火山惊厥，这是一个与陆地历史上任何事物都不一样的神秘事件。
金星上的火山
与地球一样，金星也是一颗经历过广泛火山活动的行星。 在低地平原，火山喷发是地表更新的主要方式，大量的高流动熔岩流摧毁了旧的陨石坑并形成了新的表面。 此外，许多较年轻的火山山脉和其他建筑物都与地表热点有关，地表热点是地球地幔中的对流将内部热量输送到地表的地方。
金星上最大的单座火山叫做 Sif Mons，横跨约 500 公里，高 3 千米，比夏威夷的莫纳罗亚火山更宽但更低。 它的顶部是一个横跨约40千米的火山口或火山口，其斜坡显示了长达500公里的单个熔岩流。 成千上万的小型火山点缀在地表上，直至麦哲伦图像的可见度极限，麦哲伦图像对应于大约相当于购物中心停车场大小的圆锥或圆顶。 其中大多数看起来与陆地火山相似。 其他火山具有不寻常的形状，例如图中所示的 “煎饼穹顶”\(\PageIndex{3}\)。
所有的火山活动都是熔岩喷发到地球表面的结果。 但是，从行星内部升起的热熔岩并不总能到达地表。 在地球和金星上，这种上升流的熔岩都可以聚集起来，在地壳中产生凸起。 地球上的许多花岗岩山脉，例如加利福尼亚的内华达山脉，都涉及这种地下火山活动。 这些凸起在金星上很常见，它们会产生称为日冕（单数：日冕）的大型圆形或椭圆形特征（图\(\PageIndex{4}\)）。
构造活动
金星地幔中熔融物质的对流电流推动并拉伸地壳。 这种力量被称为构造，由这些力量产生的地质特征称为构造特征。 在金星的低地平原上，构造力量打破了熔岩表面，形成了非凡的山脊和裂缝图案（图\(\PageIndex{5}\)）。 在一些地方，地壳甚至被撕裂形成了裂谷。 与日冕相关的圆形特征是构造山脊和裂缝，金星的大部分山脉的存在也归功于构造力量。
金星海拔最高的伊什塔尔大陆是这些构造力量最引人注目的产物。 伊什塔尔及其高大的麦克斯韦山脉类似于地球上的青藏高原和喜马拉雅山脉。 两者都是地壳压缩的产物，两者都由地幔对流的持续力维持。
在金星的表面上
20 世纪 70 年代成功的 Venera 着陆器发现自己身处一个极其荒凉的星球上，地表压力为 90 巴，温度足够高，足以熔化铅和锌。 尽管存在这些不愉快的条件，但航天器还是能够在仪器发放之前拍摄周围环境并收集表面样本进行化学分析。 照射地表的漫射阳光被云层染成红色，照明水平相当于地球上的阴天。
探测器发现，着陆区的岩石是火成岩，主要是玄武岩。 Venera 照片的示例如图所示。 每张照片都显示了一个平坦、荒凉的景观，里面有各种各样的岩石，其中一些可能是由于撞击而弹出的。 其他区域显示平坦的分层熔岩流。 自1970年代以来，金星再也没有登陆过。
关键概念和摘要
金星已通过雷达绘制地图，尤其是麦哲伦航天器。 它的地壳由75％的低地熔岩平原、众多的火山特征和许多大型日冕组成，这些都是地下火山活动的表现。 地幔对流驱动的广泛构造改变了这颗行星，形成了复杂的山脊和裂缝图案，并建造了伊什塔尔等高大陆区域。 地表极其荒凉，压力为90巴，温度为730 K，但几位俄罗斯Venera着陆器成功地对其进行了研究。
词汇表
- 地壳构造
- 由行星地壳中的应力和压力产生的地质特征；构造力量可能导致地震和地壳运动