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