Heat Loss and Reheating of the Venusian Interior Heat Loss and Reheating of the Venusian Interior Leitner J. und Firneis M. G. Institut für Astronomie,

Heat Loss and Reheatingof the Venusian Interior

Heat Loss and Reheatingof the Venusian Interior

Leitner J. und Firneis M. G.Institut für Astronomie, Universität Wien, Austria

Parametervergleich Venus/Erde:Parametervergleich Venus/Erde:

Parameter Venus Erde Verhältnis (V/E)

Masse [1024 kg] 4,8685 5,9736 0,815

Volumen [1010 km3] 92,843 108,321 0,857

äquatorialer Radius [km] 6051,8 6378,1 0,949

polarer Radius [km] 6051,8 6356,8 0,952

Abplattung 0,0 0,00335

mittlere Dichte [kg/m3] 5243 5515 0,951

Gravitationsbeschleunigung (Äquator) [m/s2] 8,87 9,78 0,907

Trägheitsmoment 0,33 0,3308 0,998

atm. Druck an der Oberfläche [bar] 92,0 1,014 90,73

mittlere Oberflächentemperatur [K] 737 288 2,56

siderische Rotationsperiode [hrs] -5832,5 23,9345 243,686

Oberflächenstrukturen:Oberflächenstrukturen:

891 Crater328 Coronae114 Montes 102 Dorsa64 Tesserae 61 Chasmata41 Planitae 22 Regiones4 Plana 3 Terrae…

1857 verschiedene vulkanische Strukturen, darunter Schildvulkane, Lavaflüsse, Dome, Calderas, Coronae, Arachnoids, Novae, …

Oberflächenstrukturen:Oberflächenstrukturen:

Mean Surface Heat Flow:Mean Surface Heat Flow:

Erde: Mean Surface Heat Flow: 87 mW/m2

Total Heat Loss: 4.43 x 1013 W

Venus: keine Messungen-) Skalierungen von Erde: Solomon S. C. et al., 1982: 74 mW/m2

Turcotte D. L. et al., 1995: 63 mW/m2

-) Standardmodell: Turcotte D. L., 1993: 11 mW/m2

-) Parameterisierte Konvektionslösungen: zw. 15 und 50 mW/m2

Vgl. Mond: 2 Messungen 14 und 21 mW/m2

Skalierungslösungen:Skalierungslösungen:

213,, 78 10610.3815.0 mmWWQQ ESVS

-) Methode von Solomon S. C. et al., 1982:

-) Verbesserung der Skalierung: Venus besteht aus 2 verschiedenen Krustentypen 1. Typ: Highlands (8 %) mit 53 mW/m2

2. Typ: Low- und Uplands (92 %) mit 82 mW/m2

213____

,,

___

, 80 1067.3 m mWWqAqAQ LULUHHVS

Standardmodell für Venus-Resurfacing:Standardmodell für Venus-Resurfacing:

• Episodisches Resurfacing mit Plattenrecycling als primären Mechanismus• letztes Event vor 500 ± 200 Myr, seitdem nur mehr Wärmeleitung als aktiver Mechanismus • Wärmeleitung reicht nicht aus um die vorhandene Wärme abzuleiten das Innere heizt sich immer weiter auf, bis ein Grenzwert überschritten wird neues Resurfacing-Event

Turcotte D. L., 1993

Standardmodell für Venus-Resurfacing:Standardmodell für Venus-Resurfacing:

22/1

___

11)(

)(

mmWt

TTkq SM

S

Kritischer Wert ist definiert durch:

)(

])([ 3

t

YTtTgRa LSMM

Mean Surface Heat Flow:

Wärmetransportmechanismen:Wärmetransportmechanismen:

Welche Mechanismen dominieren in welchen Ausmaß den Wärmetransport auf der Venus?

Neue Abschätzung des Surface Heat Flow‘s:Neue Abschätzung des Surface Heat Flow‘s:

Annahme:(1) 75 % des Heat Flow‘s durch radioaktiven Zerfall(2) 25 % des Heat Flow‘s durch Kühlung

CraftCraft K [10K [1044 ppm] ppm]11 U [ppm]U [ppm]11 Th [ppm]Th [ppm]11 K/UK/U Th/UTh/U

Venera 8Venera 8 4.0 4.0 ± 1.2± 1.2 2.2 2.2 ± 0.7± 0.7 6.5 6.5 ± 0.2± 0.2 18182 18182 ± 7951± 7951 3.0 3.0 ± 0.9± 0.9

Venera 9Venera 9 0.47 0.47 ± 0.08± 0.08 0.6 0.6 ± 0.16± 0.16 3.65 3.65 ± 0.42± 0.42 7833 7833 ± 2478± 2478 6.1 6.1 ± 1.8± 1.8

Venera 10Venera 10 0.30 0.30 ± 0.16± 0.16 0.46 0.46 ± 0.26± 0.26 0.70 0.70 ± 0.34± 0.34 6522 6522 ± 5068± 5068 1.5 1.5 ± 1.2± 1.2

Vega 1Vega 1 0.45 0.45 ± 0.22± 0.22 0.64 0.64 ± 0.47± 0.47 1.5 1.5 ± 1.2± 1.2 7031 7031 ± 6203± 6203 2.3 2.3 ± 2.5± 2.5

Vega 2Vega 2 0.40 0.40 ± 0.20± 0.20 0.68 0.68 ± 0.38± 0.38 2.0 2.0 ± 1.0± 1.0 5882 5882 ± 4411± 4411 2.9 2.9 ± 2.2± 2.2

1 Surkov Y. A. et al., 1987

Neue Abschätzung des Surface Heat Flow‘s:Neue Abschätzung des Surface Heat Flow‘s:

(C0K/C0

U)0 = 6817 ± 2742

(C0Th/C0

U)0 = 3.2 ± 0.8

(C0K/C0

U)1 = 9090 ± 2474

(C0Th/C0

U)1 = 3.2 ± 0.8

C0 … heutige Massenkonzentrationen

Index 1: mit Venera 8Index 0: ohne

Vergleich Erde (mittlere Werte für den Mantel): C0

K/C0U ~ 104

C0Th/C0

U ~ 4

jeweils für Kruste Gesteinestark angereichert (Ursache: Krustendiff.prozess?)

Neue Abschätzung des Surface Heat Flow‘s:Neue Abschätzung des Surface Heat Flow‘s:

K

U

KTh

U

ThUU

M HC

CH

C

CHCMQ

0

0

0

00)1( 33.1

1

012

1

012

11 142)(16

)(12

00

00

GyrK

TTERT

TTRT

dt

dT

a

K/U und Th/U Mantel-Verhältnisse auf Erde und Venus sehr ähnlich1

Q(1) = 70 mW m-2

gegenwärtige Kühlungsrate des Mantels:

22 44

3

1 mmWcrdt

Tdq

→ (maximaler) Surface Heat Flow Venus: 114 mW m-2

1 nach Kaula W.M. et al. 1997; Fegley B., 2004; Nimmo F. et al. 1998; Nikolaeva O. V. et al. 1997

(1) Wärmeleitung:(1) Wärmeleitung:

Anteil: 20 – 25 % → 23 – 29 mW m-2

(2) Hot-Spot Vulkanismus - Coronae:(2) Hot-Spot Vulkanismus - Coronae:

Coronae – Venusianische Hot-Spots?!

Coronae: vulkanisch-tektonische Strukturen, einzigartigauf der Venus; vermutlich Oberflächenmanifestationen von Mantle-Upwelling Prozessen.

Artemis Corona

nach Stofan E. R. et al., 1991

(2) Hot-Spot Vulkanismus - Coronae:(2) Hot-Spot Vulkanismus - Coronae:

FeatureFeatureTyp 1 Typ 1 CoronaeCoronae

[% Anzahl][% Anzahl]

Typ 2 Typ 2 CoronaeCoronae

[% Anzahl][% Anzahl]

1 – Domes1 – Domes 7 7 2929

0 0 00

2 – Plateaus2 – Plateaus 13 13 5353

7 7 88

3a – Rimmed Plateaus 3a – Rimmed Plateaus 9 9 3737

6 6 66

3b – Rims with central high3b – Rims with central high 16 16 6565

4 4 44

4 – Rimmed depressions4 – Rimmed depressions 28 28 115115

23 23 2525

5 – Outer rise, through, inner high5 – Outer rise, through, inner high 5 5 2020

0 0 00

6 – Outer rise, through, inner low6 – Outer rise, through, inner low 1 1 44

0 0 00

7 – Rim only7 – Rim only 8 8 3333

54 54 5757

8 - Depressions8 - Depressions 10 10 4141

4 4 44

9 – No apparent signature9 – No apparent signature 3 3 1212

2 2 22

SUMMESUMME 100 100 409409

100 100 106106

Stofan E. R. et al., 2001

(2) Hot-Spot Vulkanismus - Coronae:(2) Hot-Spot Vulkanismus - Coronae:

Typ1 Coronae

Typ 2 Coronae

(2) Hot-Spot Vulkanismus - Arachnoids und Novae:(2) Hot-Spot Vulkanismus - Arachnoids und Novae:

Arachnoids:

• konzentrische Struktur• radial nach außen verlauf- ende Lavaflüsse• Ø von 20 – 240 km• keine Ringstrukt. u. Gräben• Anzahl: gegenwärtig 701

Novae:

• sternförmig • enge platzierte, von einem Zentrum aus- gehende Gräben• Anzahl: gegenwärtig 551

1 Kostama V. P. et al., 2001

in Themis Regio (C1-MIDR 30S279)NSSDC Venus Data Set ID: 89-033B-01F

(2) Hot-Spot Vulkanismus - Arachnoids und Novae:(2) Hot-Spot Vulkanismus - Arachnoids und Novae:

Entwicklungsmodell nach Jaeger W., 2004:

Stufe 1: Novae

Stufe 2: Arachnoids

Stufe 3: Coronae

Alle Phasen von Vulkanismus begleitet.Modell erklärt nicht die beobachteten Gräben

(2) Hot-Spot Vulkanismus - Anteil am Total Heat Loss:(2) Hot-Spot Vulkanismus - Anteil am Total Heat Loss:

2 4.25.298 mmWdt

dVHTcQ fPH

1

1Leitner J., Firneis M. G., 2004

Exklusive Coronae-unabhängigenvulkanischenStrukturen

(3) Plate-Recycling:(3) Plate-Recycling:

Plattentektonik auf der Venus ist eine der heutekontroversesten offenen Fragen!

Strukturen auf der Venus:• 102 Dorsa (analog Rücken?) → Gesamtlänge = 97669 km• 61 Chasmata (analog Gräben?, Rifttäler?)• Coronae (Hot-Spots oder Subduktionszonen?)

Beispiele:Beta-, Bell-, Alta-, Eistla Regio: kontinentale RiftzonenAphrodite Terra: KollisionsorogenLakshni Planum: vergleichbar mit Tibet

Zusammenfassung:Zusammenfassung:

Kalkulierter (maximaler) Surface Heat Flow: 114 mW m-2

Wärmeleitung: 23 – 29 mW m-2 Corona/Hot-Spot Vulkanismus: 2.4 mW m-2

Platten-Recycling: großer Beitrag vermutet

Restwärme wird für Reheating des Mantels verwendet!

Zukunfts-Perspektiven:Zukunfts-Perspektiven:

• Untersuchung von einzelnen vulkanischen Strukturen

• Kenntnis des Wärmeverlustes durch Plattentektonik ermöglicht eine Abschätzung der Restwärme

• Restwärme ermöglicht die Berechnung der Zeitskalen und Periodizitäten von globalen Resurfacing Events

• Vergleiche mit Kraterstatistiken und Monte-Carlo Simulationen über Resurfacing