《金星地幔對流與金星散熱模式的研究》是依託中國科學技術大學，由黃金水擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金星地幔對流與金星散熱模式的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃金水
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
金星在大小、質量和組成上與地球非常接近，但金星沒有活動的板塊構造，沒有內生磁場。金星表面的平均年齡大約500±200 Ma，這顯示金星發生過全球性表面快速更新。但是金星的表面更新是一次性的還是周期性的、是均勻還是突發或災難性的過程則存眾多爭議。板塊構造運動和岩漿活動是地球內部熱量向外散失的主要方式。與地球的活動板塊構造運動相聯繫的熱量散失占地球熱量散失總量的70%多。缺少活動板塊構造運動的金星，內部熱量是如何散失的？是以岩漿噴發的方式還是以某種板塊構造活動方式實現的？開展金星地幔對流研究將有助於尋找問題的答案。最近的研究顯示要認識金星的表面更新機制和熱量散失模式，需要在三維全球地幔對流模型中進行深入研究。本項研究試圖通過三維數值模擬的方法研究金星的地幔對流模型，進而揭示金星的表面更新機制以及金星內部熱量散失模式，以提高我們對金星的地幔對流及其熱演化等動力學問題的認識。
結題摘要
本研究採用有限元數值模擬方法，研究了金星的地幔對流模式及其熱演化過程，根據金星地形、重力、表面地質特徵和火山活動特徵等地質和地球物理觀測資料的約束，了解了金星地幔對流模式與地球地幔對流模式的差異以及原因；計算並分析了相變對金星地幔對流的影響，以及相變對金星表面更新的作用；計算了克拉通岩石圈失穩的過程和後果，探討了岩石圈演化對金星熱演化的影響；發展了金星地殼厚度計算的新方法，並計算了金星地殼厚度。提高了我們對金星動力學問題的認識。主要研究進展和成果包括： （1）通過大量數值模型計算，通過對比地質地球物理觀測，發現現今金星不存在類似於地球的軟流圈，在此基礎上，通過大量的計算，了解到相變在金星地幔對流中具有重要影響。地球地幔對流的長波結構主要是軟流圈粘性變化造成，但由於金星地幔缺水，金星不存在類似地球的軟流圈，金星地幔對流的長波結構主要是吸熱相變的影響； （2）早期的的二維數值模型顯示，吸熱相變對界面上下物質交換的阻礙作用可造成上下地幔物質雪崩似的交換，認為這是造成金星表面災難性更新的主因。但我們的三維數值模型的結果顯示：吸熱相變會阻礙上下地幔物質交換，造成冷熱物質分別在相變面上下堆積，這種堆積會造成一定程度的高強度物質交換，這與早前二維模型結果類似。但這種作用主要在不同局部區域存在，全球平均意義下，物質交換強度基本穩定。這意味著，與二維模型不同，三維模型不支持相變是造成金星表面災難性更新的主因； （3）發展了計算金星地殼厚度的新方法。由於金星缺少地震觀測，金星地殼厚度只能根據重力和地形資料計算，因此早前計算的地殼厚度與重力和地形都強相關。我們的數值模擬結果顯示，金星重力和地形的很大一部分是與金星地幔內部動力學過程相關的，利用重力和地形計算地殼厚度需要去除這部分動力地形的影響。基於地殼均衡和我們的動力學模型，我們發展了新的計算方法，新方法計算的地殼厚度與金星表面地質更加一致； （4）在缺少觀測約束，難以開展金星岩石圈演化研究的情況下，開展了地球大陸岩石圈，特別是克拉通岩石圈演化的研究。研究顯示，非牛頓流體具有一定浮力的克拉通岩石圈，可以保持一定時間的穩定。當其繼續冷卻，底部的重力會造成岩石圈應力的擾動，進而造成整個岩石圈失穩。非牛頓流體特性使得整個地幔岩石圈發生快速拆沉，並大量釋放地幔熱能。從比較行星學的角度，這對進一步理解金星的散熱模式和表面更新具有參考意義。
