从地质看星球的诞生

地球表面分裂成相互碰撞的大板块，形成地震、火山和大山脉。但地球的地质构造有多独特呢?

被定义为岩石行星的插图（图片来源：联合早报/盖蒂图库/伊恩35）

岩石行星和卫星的内部往往比表面要热得多。这种热量可以由多种来源引起，比如潮汐运动导致的膨胀和压缩，行星的原始堆积，以及重元素的放射性衰变，这些热量可以驱动天体内部岩石物质的大对流，类似于锅里沸腾的水的循环运动。

地球的固体表面，即岩石圈，向地球内部延伸了一百多英里。它被分解成大块，岩层下面熔融岩石的对流产生巨大压力，使地块相互挤压、滑动并分离。这个过程被称为板块构造，它是地震、火山、海洋山脊和地表大山脉的成因。

我们知道其他岩质天体，比如金星，地质活动也很活跃。但它们也有板块构造吗?板块构造在宇宙其他天体中有多普遍?

苏黎世联邦理工学院地球物理研究所的行星科学家塞德里克·吉尔曼表示，在太阳系中观察到了两种主要的对流状态。地球有板块构造，而其他一些天体，如火星、水星和地球的月球，则有所谓的滞停层。

吉尔曼说：“简而言之，停滞的‘盖子’表示一个静止的表面，而板块构造则有一个被划分为板块的移动表面”。“板块构造是一种特殊类型的活动盖层机制，即盖层（岩石圈）参与对流单元的地幔动力学机制。”

因此，与其他制度相比，它的特点是表面迁移率高。表面具有横向速度（简而言之，它会移动），“吉尔曼在一封电子邮件中告诉太空网。

板块构造的独特之处在于，整个表面被划分为具有尖锐边界的地壳或板块。在地球上，这些边界被称为俯冲带，板块被迫相互挤压；板块相互滑动的转换区；以及它们彼此远离的发散区。当我们查看地球地图时，很容易看到与这些边界相关的地质特征，地球上的大部分火山活动都位于这些边界沿线。

相比之下，吉尔曼说，停滞的“盖子”有一个基本静止的岩石圈。虽然在岩石圈下方的行星或月球的地幔中可能存在对流，但这些对流不会提供足够的应力来破坏或拖动停滞盖中的岩石圈。

地幔可能会变得相当热，因为“盖子”在内部和大气之间提供了良好的隔热作用，对流可能很激烈，但在停滞的“盖子”中，岩石圈是解耦的。他补充说:“停滞盖通常被视为所有行星在失去内部热量(岩石圈增长)时最终会聚的末端成员，但人们认为一些热行星仍然可以保持高活动并保持在停滞盖中。”

水星的表面有一个所谓的停滞层，这意味着它的表面没有像地球那样的移动板块。(图片来源:美国国家航空航天局/约翰霍普金斯大学应用物理实验室/华盛顿卡内基研究所)

那么太阳系中的其他天体呢?

水星和地球的卫星——月球就是一个例子，它们的内部已经冷却到没有对流的程度，因为没有足够的物质来维持内部的热量。吉尔曼说，火星曾被认为是一样的，但对相对较近的火山活动的观察，以及在地核-地幔边界可能发现的糊状或熔融层，表明火星内部是温暖的。“金星的状态是不确定的，”吉尔曼说。它的表面以火山特征为主，80%的表面覆盖着玄武岩(冷却的熔岩)，它有许多火山和太阳系中最长的熔岩流。

吉尔曼补充说:“它的表面也有很明显变形，这表明它的地质构造很活跃，或者最近有过频繁的活动。”金星的大部分表面是相当年轻的——有2亿到10亿年的历史，而火星的表面大约有40亿年的历史。

有两种可能的情况可以解释金星的地质活动:一种是幕式的地质层，在那里，动力学会不时地从一个可移动的地盖层转变为一个静止的地壳软层;另一种是深部-湿性的地盖体系，在那里，地表大部分是静止的，但岩浆可以进入岩石圈，形成一个延展性强、可变形的地质表面。

金星10号于1975年10月23日进入环绕金星的轨道，在两天后着陆，传回了熔岩岩石的黑白平面照片，并测量了金星地表的风速。(图片来源:俄罗斯联邦航天局)

金星、地球和火星最初表现为相对大小相似的天体，它们形成于太阳系早期一个大致相似的特定宇宙环境。多种未知因素，导致这些行星形成了地质差异。

吉尔曼说:“火星可能是干燥而小的，这也是它目前的状态，尽管它可能有更多可挖掘的空间。”“金星是最大的问题是，我们对金星的内部、结构和组成能搜集到的资料还很少。我们所看到的一切似乎都与与地球(大小、质量、密度、可能的成分)没有太大的不同，但失之毫厘谬以千里，”他补充道。

系外行星的板块构造

美国国家航空航天局的洞察号着陆器的仪器背景相机（ICC）在火星上捕获了着陆器地震仪SEIS上方的云层。（图片来源：美国航空航天局/喷气推进实验室/加州理工学院）

尽管地球和金星的构造相似，但它们的地质路径却截然不同。表面温度可能起了一定作用，使地球表面有液态水，这有利于板块构造。以金星为例，由于高温，它的岩石圈更柔软，更有韧性，也可能使它更难以破裂，或者更容易愈合。吉尔曼解释说，地幔中的水可能也起了作用，因为它影响了地幔的粘度和熔化温度。

“不确定金星内部是否有水;假设它非常干燥，从早期历史来看，这可能是有原因的，”吉尔曼说。“还没有证据证明这一点。接下来的任务中，期待会帮助我们找到答案。”

美国宇航局“洞察号”着陆器上的仪器背景摄像机(ICC)在火星上拍摄了着陆器地震仪(SEIS)上方的云层。(图片来源:美国国家航空航天局/喷气推进实验室 -加利福尼亚理工学院)

系外行星的板块构造

至于确定系外行星是否存在板块构造，科学家们还有很长的路要走。

我们有两种主要的方法来推断系外行星内部可能发生的事情。一个是探测行星的磁场，这可以告诉科学家是否有物质在其内部移动，“尽管我们仍然不确定这与板块构造有什么关系，”吉尔曼说。

第二种方法是分析系外行星的大气层。我们知道板块构造影响地球上的碳循环，所以二氧化碳充盈度受控制的行星可能有某种形式的板块构造，而二氧化碳层充盈的行星可能没有板块构造。

板块构造与复杂生命

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一些研究人员认为，板块构造在地球上复杂生命的出现中发挥了至关重要的作用，这表明，只有在包括陆地和海洋在内的复杂地质体系下，才有可能出现先进的文明。

这就提出了一个问题:板块构造的存在是否有助于缩小我们在宇宙其他地方寻找复杂生命的范围?

“对于复杂的生命，我没有强烈的意见，可以提出一个案例，板块构造对物种施加压力，推动进化，同时稳定地表环境，避免可能导致完全灭绝的大的残酷变化，”吉尔曼说。“因此，它很可能是复杂生命结构的必要成分之一。”

如果是这样的话，可以完全确定系外行星上的板块构造，这将使这样的行星成为调查的主要候选者。

BY:Conor Feehly

FY: Jane

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