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金星地殼可能發生對流活動,顛覆既有地質認知

明日科學

更新於 2025年04月17日04:05 • 發布於 2025年04月17日04:00 • 高 詩豪

一項最新理論研究指出,金星的地殼層可能出現熱對流現象,代表其近地表的地質活動性可能比過去認為的更加劇烈。該研究由美國聖路易華盛頓大學的 Slava Solomatov 教授與研究員 Dr. Chhavi Jain 合作,已於《地球與行星內部物理學》期刊發表。

對流是當高溫物質上升、低溫物質下沉時產生的熱能傳輸機制,在地球深部地函中極為關鍵,是推動板塊運動的主要能量來源。然而地球的地殼相對較薄與涼,厚度約為 6–40 公里,一般認為不足以產生對流現象。

但研究團隊運用實驗室發展的新型流體力學模型推估,金星地殼的厚度介於 30 至 90 公里,加上極高的表面與內部溫度、以及特定岩石組成,使其具備熱對流所需條件。他們的計算顯示金星地殼可能不僅能支持對流,還可能是金星火山與熔岩地貌分布的潛在驅動機制。

若金星地殼中存在熱對流,將提供關鍵解釋機制

這張圖是模擬金星地殼中可能出現的「熱對流」現象。紅色區域表示高溫、藍色表示低溫,熱能從底部升起形成如「蘑菇狀」的熱柱,代表熱對流正在發生。這種對流會把內部熱能更有效率地輸送到地表,可能影響金星的火山活動、地殼厚度、甚至地貌結構。研究顯示這樣的對流在特定條件下,如地殼夠厚、岩石顆粒細小時,即便尚未熔化,也可能發生。(圖/《地球與行星內部物理學》)

金星表面溫度高達 465°C,且具有明顯火山與熔融活動痕跡。研究者指出,過去一直難以解釋金星內部熱能如何傳導至表面,若金星地殼中存在熱對流,將提供關鍵解釋機制。

研究亦對比了先前使用同一模型分析水星的結果。由於水星體積小且早已冷卻,其地函與地殼中均不具備支持對流的條件,與金星形成鮮明對比。

Solomatov 教授指出,未來金星任務若能提供更高解析度的地殼重力與溫度分布數據,便可進一步驗證此理論,特別是透過偵測不同區域的密度與熱異常。

此外,研究也提及冥王星表面的「斯普特尼克平原」(Sputnik Planitia)呈現多邊形熱對流結構,顯示在 4 公里厚的氮冰層中也存在類板塊對流運動,是繼地球後另一顯著例證。這進一步顯示行星對流活動在太陽系中具有廣泛多樣性,值得深入探討。

相關研究已發表在最新一期的《地球與行星內部物理學》期刊。

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http://www.tomorrowsci.com

首圖來源:ESA / AOES Medialab (CC BY 4.0)

圖片來源:journal Physics of Earth and Planetary Interiors. (CC BY 4.0)

參考論文:
1、On the possibility of convection in the Venusian crustjournal Physics of Earth and Planetary Interiors

延伸閱讀:
1、金星為何如此乾燥?科學家揭示「雲纏繞」星球上的失蹤水源

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