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