科学家首次在金星表面发现“火环”！地幔热柱喷涌而出，形成千奇百态的圆形火山形貌

来自ETH的研究人员使用计算机模拟对金星表面冕状物结构的当前活动进行分类。令他们惊讶的是，他们在这个星球上发现了先前从未被发现的“火环”。

（图源：NASA）

多年前，行星研究人员在观察来自NASA麦哲伦任务的高分辨率图像时，在金星表面发现了异常的圆形结构——这种结构被称为冕状物（Coronae）。几年前，由地球科学系地球物理学教授Taras Gerya领导的ETH研究人员团队使用计算机模型研究了这些结构的形成方式。

大多数研究人员认为，这些奇怪的圆形表面特征是由地球深处的地幔柱形成的。而金星上发现的“火环”，与板块构造引发的地球“火环”（形成夏威夷群岛）似乎在起源和演化方面截然不同。

金星上的冕状物

地幔柱是热的熔融岩石的上升流，通过对流将其从下地幔输送到圆柱体中的地壳，该圆柱体在顶部呈蘑菇状加宽。它所携带的热量使外壳表面呈圆形融化结构。连续的材料从更广的深处升起，并使表面上的环结构膨胀，形成冕状物。地幔柱周围的硬壳可能破裂并最终下沉到冕状物边缘以下，从而触发局部构造过程。

冕状物结构变化的计算机模拟

然而，冕状物的形貌绝非均匀或难以描述。Gerya研究小组的博士生安娜·古尔彻（Anna Gülcher）说：“这些结构在金星表面上以各种各样的形状和尺寸存在。”

在观察到这一点之后，Gülcher试图在表面形貌变化与下面的工作过程之间建立联系时，使用了一大套改进的3D模拟来重新检查冕状物。她的研究最近发表在《自然地球科学》（Nature Geoscience）杂志上。

新的模拟表明，冕状物的地形取决于地幔柱撞击地壳的厚度和强度，最重要的是，它们的地形与地表以下岩浆柱的活跃程度直接相关。

金星火环图。在上方的金星全局图中，活动冕状物显示为红色，非活动冕状物显示为白色。

Anna Gülcher解释称，重要的是要注意，地球火环的位置和动力学是板块构造的结果。在金星上，原因是垂直热点火山活动——这种现象仅发生在地球上的少数地方，例如夏威夷群岛下方。

对于究竟为什么金星上的地幔柱布置在这样一条带中，以及这对金星上的深层内部过程意味着什么，是未来研究中需要解决的重要问题。这可以通过大规模计算机仿真来完成。

在这项新研究中，科研人员使用计算机模型研究了不同冕状物表面形貌的变化，并弄清了其表下地质共性的联系。“每个冕状物结构都有一个特征表明其底下状况。”

需要巨大的计算能力

在他们的模型中，研究人员仅模拟了地幔柱顶部几百公里的最高处。但是，实际上，羽流管道的长度可能超过1000公里。由于需要巨大的计算能力，因此无法模拟熔岩流的总长度。目前使用ETH的Euler集群执行的仿真，已经比以前的仿真大8倍。

行星科学家希望他们的发现还将为地幔柱在地球表面下的功能提供新的见解。如夏威夷群岛所示，它们很可能是导致热点火山爆发的原因。地幔柱也可能是地球上观测到的板块构造的触发因素，因为Gerya的研究小组也能够进行模拟。正如当时所提到的，金星可以作为地球早期历史中可能发生的过程的模型。

活跃的羽流在金星周围形成火环

基于这一观察结果，Anna Gülcher的团队将金星上的一百多个大冕状物分为两大类：在活跃熔岩流之上形成的那些，目前正在上升并携带熔融物质，以及在熔岩流之上已经冷却并变为熔融态的那些。不活跃。 “每个冕状物结构都有一个特定的标记，表明其下方正在发生什么。”

地图上，她根据活动的分类方式绘制了所有冕状物。令她惊讶的是，大部分覆盖在活跃地幔羽上的冕状物形成了金星南半球的一条带。仅少数活动羽流位于该波段之外。“我们参照地球上的‘火环’将这条分布带称为金星上的‘火环’，”Anna Gülcher说。她假设，这一分布带与排出高水平羽状物料的区域重合。

这项研究确定了金星上37个最近活跃的火山构造，这表明金星仍是一个活跃的行星。这些结果可能有助于确定在未来前往金星的任务中应放置地质仪器的目标区域，例如计划于2032年发射的欧洲EnVision。研究报告的作者称，金星还可以作为一个模型，用来研究地球早期可能大量存在的那种热点火山活动。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://scitechdaily.com/planetary-researchers-surprised-to-find-a-ring-of-fire-on-venus/

https://www.nature.com/articles/s41561-020-0606-1