クライオボルケーノ

爆発的な低温火山活動、または低温砕屑噴火は、地球型惑星における爆発的火山活動のメカニズムと同様に、低温マグマ_の上昇に伴う圧力低下によって溶解した揮発性ガスが溶出することによって引き起こされると考えられている。地球の爆発的火山活動は主に溶解水（H₂O）、二酸化炭素（CO₂）、二酸化硫黄（_{SO₂ ）によって引き起こされるの}に対し、爆発的な低温火山活動はメタン（CH₄）と一酸化炭素（_CO ）によって引き起こされる可能性がある。噴火時には、低温火山物質は火山灰やテフラと同様に激しい爆発によって粉砕され、低温砕屑物質が生成される。^{[ 4 ]： 768}

噴出型氷火山活動は、爆発的な活動がほとんどまたは全くなく、既存の地形を覆う広範囲にわたる氷溶岩流によって特徴づけられます。爆発型氷火山活動とは対照的に、活発な噴出型氷火山活動の事例は観測されていません。噴出噴火によって形成される構造は、噴出物の粘性に依存します。粘性の低い氷溶岩の噴火は、広範囲の地表を覆い、地球型惑星の楯状火山や洪水玄武岩噴火と同様に、広大で比較的平坦な平原を形成することがあります。粘性の高い噴出物はそれほど遠くまで移動せず、代わりに氷火山ドームのような局所的な高起伏地形を形成することがあります。^{[ 3 ]： 199-200}

低温火山活動のメカニズムモデルにおける大きな課題は、液体の水は氷よりもかなり密度が高いのに対し、ケイ酸塩では液体のマグマは固体の岩石よりも密度が低いという点である。したがって、低温マグマが天体の表面に噴出するには、この密度差を克服する必要がある。^{[ 3 ]： 180-182} 惑星科学者は、低温マグマがどのように表面に噴出するかを説明するために、いくつかの仮説を提唱している。

• 組成浮力：太陽系外縁部で一般的と予想されるアンモニアなどの不純物の導入^{[ 9 ]}は、低温マグマの密度を低下させるのに役立つ。しかし、低温マグマに不純物が存在するだけでは、密度障壁を克服することは難しい。逆に、ケイ酸塩粒子や塩類などの不純物によって氷殻の密度を高めることもできる。特に、岩石質の核と氷質のマントルに部分的にしか分化していない天体は、ケイ酸塩粒子を豊富に含む氷殻を持つ可能性が高い。^{[ 3 ]： 183-184 [ 2 ]： 488}
• ガスによる浮力：密度に影響を与えるだけでなく、揮発性不純物の含有量が多いと、ガス気泡の形成によってクライオマグマの上昇時の密度が低下する可能性がある。揮発性化合物は、地表深くで加圧されるとクライオマグマに完全に溶解する。クライオマグマが上昇すると、圧力が低下する。これにより、揮発性物質がクライオマグマから溶出し、ガス気泡が形成され、全体の溶液の密度を低下させる。^{[ 3 ]： 183}
• 内部加圧：海底の海が冷却・凍結するにつれて徐々に加圧されると、水が凍結時に膨張するという特異な性質により、クライオマグマが海面まで上昇するのに十分な圧力となる可能性がある。海底内部の加圧には、他の揮発性化合物の添加は必要ない。^{[ 10 ] [ 3 ]： 183}

密度障壁を克服することに加え、氷マグマが噴火するためには地表に到達する手段も必要となる。特に、氷の地殻における全体的または局所的な応力の結果として生じる亀裂は、氷マグマが利用する可能性のある噴火経路となる。このような応力は、天体が親惑星の周りを公転する際の潮汐力によって生じる可能性があり、特に天体が偏心軌道上にある場合や軌道が変化する場合に顕著である。天体の表面が自転軸に対して移動する真の極移動は、氷殻に変形を引き起こす可能性がある。衝突事象もまた、地殻を激しく破壊し弱体化させることで、亀裂の発生源となる。^{[ 3 ]： 185}

氷火山噴火の代替モデルとして、固体対流とダイアピリズムが挙げられます。物体の氷殻の一部が十分に暖かく、かつ延性があれば、地球のマントルと同様に対流が始まる可能性があります。^{[ 11 ]}氷が対流すると、より暖かい氷は周囲のより冷たい氷に対して浮力を持ち、表面に向かって上昇します。対流は、氷殻内の不純物の不均一な分布による氷の局所的な密度差によって促進されることがあります。暖かい氷が特に不純物の多い氷（例えば、多量の塩分を含む氷）に侵入すると、暖かい氷が不純物の多い氷を融解させる可能性があります。融解した氷は噴火したり、地形を隆起させて地表ダイアピルを形成したりする可能性があります。^{[ 3 ] : 189–190}

氷火山活動は、氷の惑星の内部で大量の溶融流体が生成されることを意味します。このような流体の主要な貯蔵庫は、地下海です。^{[ 3 ] : 167}地下海は巨大惑星の氷衛星に広く分布しており^{[ 3 ] : 167} 、潮汐加熱によって大部分が維持されています。潮汐加熱では、衛星のわずかに偏心した軌道により、岩石の核がエネルギーを散逸させて熱を発生させます。^{[ 12 ] : 675}地下海の証拠は、準惑星の冥王星^{[ 13 ]}、そして程度は低いもののケレス^{[ 14 ] [ 15 ]} 、エリス、マケマケ[ ^{16 ] : 8} 、セドナ、ゴンゴン、クワオアーにも存在^します。^{[ 17 ]： 8}冥王星や他の準惑星の場合、長期的な潮汐加熱は比較的ほとんど、あるいは全くない。したがって、加熱は主に自己生成によるものでなければならず、その主な原因は岩石質の核における放射性同位体の崩壊である。 ^{[ 3 ]： 171}

氷の惑星の殻内部にも、局所的な直接融解またはより深い地下海からのクライオマグマの注入によって、クライオマグマの貯留層が形成される可能性がある。氷殻内の対流層は、脆い氷の地殻の基部で横方向に広がる暖かいプルームを生成する可能性がある。侵入してきた暖かい氷は不純な氷を溶かし、レンズ状の融解領域を形成する可能性がある。^{[ 18 ] [ 3 ]： 173}局所的な融解を生み出す他の提案された方法としては、横ずれ断層内の応力の蓄積があり、摩擦によって氷を溶かすのに十分な熱が発生する可能性がある。また、衝突イベントによって衝突地点が激しく加熱される場合もある。^{[ 3 ]： 174}一方、貫入モデルでは、火山岩脈や岩床系のように、より深い地下海が氷殻の亀裂を通してクライオマグマを直接注入すると提案されている。^{[ 3 ]： 173-174}

ケレスは、太陽系で最も内側にある天体で、低温火山活動が活発であることが知られています。 2015年3月にドーン探査機が到着した際、^{[ 21 ]}この準惑星には、いくつかの主要な衝突盆地内に位置する多数の明るい点（ファキュラと呼ばれる）があることが発見されました。最も顕著なのはオッカトル・クレーターの中心部です。これらの明るい点は主にさまざまな塩で構成されており、衝突によって地下物質が湧昇し、塩水がケレスの表面に噴出した結果形成されたと考えられています。特に明るい点であるセレリア・ファキュラにおける水和塩化ナトリウムの分布は、湧昇が最近発生したか、現在も継続中であることを示しています。塩水がケレスの内部に存在するということは、塩がケレスの地下の海を液体の状態に保つ役割を果たしており、おそらく現在に至るまでその役割を果たしていることを意味します。^{[ 22 ] : 786}ドーン探査機は、おそらく若い氷火山ドームである2つの目立つ孤立した山、アフナ・モンスとヤモール・モンス（旧イソロ・モンス）も発見した。 ^{[ 23 ] [ 3 ] : 213,215}氷火山ドームは、粘性緩和により活動を停止した後、最終的に沈下して平坦化すると予想される。これが、アフナ・モンスが地質学的に若いにもかかわらず、ケレスで最も目立つ構造物に見える理由を説明するだろう。^{[ 23 ]}

エウロパは木星から十分な潮汐加熱を受けており、全球的な液体の水の海を維持している。その表面は非常に若く、およそ6000万年から9000万年前である。^{[ 24 ] : 452 [ 25 ]}その最も顕著な特徴である、線状の亀裂と断層の密な網目状の構造（リネアと呼ばれる）は、地球の中央海嶺と同様の方法で進行する、エウロパの活発な表面更新の場所であると思われる。^{[ 26 ]}これに加えて、エウロパでは、氷の地殻の1つのブロックが別のブロックの下に滑り込む沈み込みの一種が発生している可能性がある。^{[ 25 ]}

表面年齢が若いにもかかわらず、過去にエウロパの表面で明確に特定された氷火山はほとんど、あるいは全くありません。^{[ 3 ]： 193-194}それにもかかわらず、 2012年12月にハッブル宇宙望遠鏡（HST）によるエウロパの観測で、最大200キロメートル（120マイル）の高さの過剰な水蒸気の柱が検出され、弱い、おそらく氷火山の噴煙の存在が示唆されました。噴煙は2014年にHSTによって再び観測されました。しかし、これらは遠距離観測であるため、噴煙が噴火であるとはまだ明確に確認されていません。^{[ 27 ] [ 28 ]}エウロパの表面の特徴の最近の分析では、それらも氷火山起源であると提案されています。2011年、地殻が特に乱れているように見えるエウロパの混沌地形は、研究者チームによって非常に浅い氷マグマ湖の場所であると解釈されました。これらの地下湖が溶けて再び凍ると、エウロパの地殻が小さなブロックに砕け、混沌地形が形成される。^{[ 18 ]}その後、2023年に、エウロパの南半球にあるアルガドネル・レギオの西端付近に、氷火山円錐丘の群が暫定的に確認された。 ^{[ 29 ] [ 30 ]}

ガニメデの表面は、エウロパと同様に激しい地殻変動を受けているが、氷火山的な特徴はほとんど見られない。^{[ 31 ]} 2009年までに、ボイジャーとガリレオの画像から、ガニメデの表面に少なくとも30個の不規則な形状の窪み（パテラと呼ばれる）が確認された。パテラは、複数の惑星科学者チームによってカルデラのような氷火山噴火口であると仮説が立てられている。しかし、これらの構造が氷火山起源であるという決定的な証拠は、画像からは依然として得られていない。^{[ 32 ] [ 33 ]： 863-864}

土星の衛星エンケラドゥスは、これまで観測された中で最も劇的な低温火山活動の事例であり、一連の噴火口から毎秒250 キログラム (550ポンド)の物質が噴出し、土星のE 環に供給されている。^{[ 34 ] [ 35 ]}これらの噴火はエンケラドゥスの南極域で発生し、非公式にタイガーストライプと呼ばれる領域を形成する 4 つの主要な尾根から発生している。^{[ 36 ]}エンケラドゥスの低温火山活動は、全球的な地下海によって維持されている。^{[ 37 ] [ 38 ]} 

エンケラドゥスの軌道方向と向き合う半球と、軌道方向と向き合う半球、つまり軌道方向と向き合う半球を中心とした他の領域は、タイガーストライプと同様の地形を示しており、これはエンケラドゥスが過去に氷火山活動が活発化した時期があったことを示唆している可能性がある。^{[ 37 ]： 42}

土星の衛星タイタンは、大気中に濃いもや層があり、表面の特徴を常に目視で確認できないため、氷火山構造の明確な特定は特に困難です。タイタンには広大な地下海があり、^{[ 39 ]}氷火山活動の証拠を探すことを促しています。カッシーニのレーダーデータから、いくつかの地形が氷火山の候補として提案されており、最も注目すべきは、盾状またはドーム状の建造物を思わせる山であるドゥーム・モンスと、隣接するカルデラに似た楕円形の窪地であるソトラ・パテラです。^{[ 40 ] : 423}タイタンの極域にあるいくつかの円形の湖と窪地には、重なり合う窪地、隆起した縁（または「土塁」）、窪地の縁にある島や山など、爆発起源の構造的証拠が見られます。^{[ 41 ]： 1}これらの特徴から、惑星科学者のチャールズ・A・ウッドとジャニ・ラデボーは2020年に、マール型噴火（マグマ（この場合はクライオマグマ）によって急速に加熱された沸騰した地下液体の爆発によって形成される）^{[ 41 ]： 6}、または崩壊カルデラの浸水^{[ 41 ]： 13のいずれかによって形成されるという仮説を立てた。}

1986年1月24日、ボイジャー2号探査機によって天王星とその衛星系が初めて探査されました。^{[ 42 ]}天王星の5つの主要な衛星のうち、ミランダとアリエルは、比較的最近の活動を示す異常に若い表面を持っているようです。特にミランダは、コロナと呼ばれる印象的な角張った地形が古い地形を横切っており、非常に多様な地形を持っています。インヴァネス・コロナはミランダの南極付近に位置し、10億年未満であると推定されています^{[ 43 ]} 。また、ミランダのコロナとエンケラドゥスの南極域の間には広範な類似性が指摘されています。これらの特徴から、いくつかの研究チームは、コロナの起源を低温火山説と提唱しています。これは、粘性の高い低温マグマの噴火が、地殻変動の関与を伴って構造を形成するというものです。^{[ 44 ]： 11}アリエルでは広範囲にわたる地表の再生も見られ、大きな多角形の地殻ブロックが大きな峡谷（チャスマタ）によって分断されており、その底はおよそ0.8±0.5億年前の若いものである一方、比較的平坦な平原は大規模な洪水噴火の場所であった可能性がある。^{[ 44 ]： 9-10}

天王星の他の3つの円形衛星における比較的最近の低温火山活動の証拠は、それほど明確ではない。ティタニアには大きな裂け目があるが、低温火山活動の明確な証拠は見られない。^{[ 44 ]： 6}オベロンには、ボイジャー2号のフライバイ時にその縁に観測された、高さ約11km （6.8マイル）の巨大な山がある。この山の正確な起源は不明だが、低温火山起源である可能性がある。^{[ 44 ]： 4}  

海王星とその最大の衛星トリトンは、1989年8月25日にボイジャー2号探査機によって探査され^{[ 42 ]} 、トリトンの表面の特徴が初めて間近で明らかになった^{[ 45 ]} 。平均表面年齢は1000万～1億年と推定され、一部の領域はわずか数百万年前である可能性があり、トリトンは太陽系で最も地質学的に活発な世界の1つである^{[ 46 ]} 。トリトンの若い表面には大規模な氷火山地形が確認されており、トリトンで観測された表面の特徴のほぼすべてが氷火山活動に関連していると考えられる^{[ 6 ]： 919}トリトンの主要な氷火山地形の1つであるリヴァイアサン・パテラは、太陽系で最大の火山または氷火山構造の1つであるチパンゴ・プラヌム氷火山高原の主要な噴火口であると思われる。^{[ 47 ] [ 48 ] [ a ]}

トリトンには、4 つの壁に囲まれた平原があります。ルアハ平原とトゥオネラ平原が北側のペアを形成し、シパプ平原とリュウグウ平原が南側のペアを形成しています。壁に囲まれた平原は、単一のピットとマウンドのグループがある平坦で若い平原を囲む、ギザギザで不規則な形状の崖が特徴です。^{[ 6 ] : 886}これらの壁に囲まれた平原は、若い氷火山湖である可能性が高く、トリトンで最も新しい氷火山地形を表している可能性があります。^{[ 6 ] : 920–921 [ 50 ] : 870;872}ルアハとトゥオネラ周辺の地域には、さらに小さな準円形の窪地があり、その一部は壁と崖で部分的に囲まれています。2014 年、惑星科学者のチームは、これらの窪地を氷溶岩流で埋められたダイアピル、カルデラ崩壊構造、または衝突クレーターと解釈しました。^{[ 51 ]}トゥオネラ平原の南には、中央に窪みのある孤立した円錐形の丘が、地上のスコリア丘に似ていることが指摘されており、これはトゥオネラ平原の平原の向こう側で氷火山活動が起きている可能性を示唆している。^{[ 6 ]： 922}

トリトンの南極氷冠には、風で運ばれた噴煙によって堆積した有機ソリンで構成されていると思われる、多数の暗い筋が見られます。少なくともマヒラニ噴煙とヒリ噴煙の2つの噴煙が観測されており、2つの噴煙は高度8キロメートル（5.0マイル）に達しています。 ^{[ 50 ]： 873}これらの噴煙は、1990年代初頭に多くの研究チームによって、固体窒素氷の下に窒素ガスが蓄積することで一種の固体温室効果が生じると仮説が立てられましたが、2022年のより最近の分析では、固体温室効果モデルは支持されていません。 1995年にRLカークとその共同研究者らが最初に提唱した別の低温火山モデルでは、噴煙は爆発的な低温火山噴火柱を表していると示唆されており、この解釈は、エンケラドゥスの噴煙の噴出量に匹敵する推定観測噴出率約200 kg/sによって裏付けられている。^{[ 52 ]： 3-4}

準惑星冥王星とその5つの衛星系は、2015年7月14日にニュー・ホライズンズ探査機によってフライバイされ、その表面の特徴が初めて詳細に観測された。^{[ 53 ]}冥王星の表面は年代が劇的に異なり、いくつかの領域では比較的最近の低温火山活動が見られる。最も確実に特定されている低温火山構造は、中央に窪みのある2つの大きな山であるライト・モンスとピカール・モンスであり、これらは山頂にカルデラを持つ低温火山である可能性があるという仮説につながっている。^{[ 54 ] [ 55 ]}この2つの山は、丘陵の「ハンモック地形」という珍しい地域に囲まれており、明確な溶岩流の特徴が見られないことから、2022年に研究者チームによって、これらの構造は代わりに連続したドーム形成噴火によって形成され、近くのコールマン・モンスはより小さな独立したドームである可能性があるという別の提案がなされた。^{[ 56 ]}

ベルトン・レギオ内の大きな断層であるヴィルジル・フォッサエも、冥王星の低温火山活動の別の場所である可能性がある。ヴィルジル・フォッサエの西側の約300キロメートル（190マイル）は噴水噴火の場所であった可能性が高く、噴出した物質は最大200キロメートル（120マイル）離れた周囲の地形を覆った。^{[ 57 ]： 166}さらに最近では、2021年にヘクラ・カヴスは、CJアーレンスとVFシェヴリエの2人の研究者チームによって低温火山崩壊によって形成されたという仮説が立てられた。^{[ 58 ]： 7}同様に、2021年にA.エムラン率いる惑星科学者チームは、正式には衝突クレーターに分類されているキラゼは、実際には低温火山カルデラ複合体であると提案した。^{[ 59 ]}

スプートニク平原は冥王星で最も新しい表面ではあるものの、氷火山構造ではありません。スプートニク平原は、冥王星の内部熱と昇華によって促進される氷河窒素氷の対流による転覆によって、絶えず表面を更新しています。^{[ 60 ]}

カロンの表面の二分性は、その表面の大部分が、月の海に似た大規模な噴火によって水没した可能性があることを示している。これらの氾濫原はバルカン平原を形成し、カロンの内部の海が凍結したときに噴火した可能性がある。^{[ 61 ]}

2022年、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）による低解像度近赤外線（0.7～5μm）分光観測により、準惑星クワオアー、ゴンゴン、セドナの表面に軽質炭化水素と複雑な有機分子が検出された。この検出は、これら3つの惑星が過去に内部融解と惑星分化を経験したことを示唆している。表面に揮発性物質が存在することは、低温火山活動がメタンを供給している可能性を示している。^{[ 17 ]： 13}エリスとマケマケのJWST分光観測では、水素・重水素および炭素同位体比から、両準惑星も地下海の存在を伴い、表面メタンを活発に補充していることが明らかになった。^{[ 16 ]： 8}

これらの観測結果は、ニューホライズンズ探査機による冥王星系での発見と合わせて、氷の惑星が自力で低温火山活動を促進するのに十分な熱を維持できることを示している。巨大惑星の氷の衛星は、多くが親惑星からの広範囲な潮汐加熱の恩恵を受けているのとは対照的に、準惑星は主に、あるいはほぼ完全に自ら生成する熱に頼らなければならない。形成時の残存する原始熱と、岩石核内の放射性同位体の崩壊による放射性熱が、おそらく主要な熱源となっている。岩石物質の蛇紋岩化作用や衛星との相互作用による潮汐加熱も熱源となっている可能性がある。^{[ 62 ] [ 17 ] : 8 [ 63 ] : 245}