氷衛星のテクトニクス

いくつかの氷衛星における地殻活動が研究されてきた。

氷衛星の火成活動は、液体、特に水とその氷の多形の融解、上昇、および凝固として定義できます。^[1]氷岩圏のテクトニックな特徴は、月の内部に作用する地球規模および地域的な応力によって発生します。^[1]氷岩圏の亀裂は、岩圏が応力に反応するメカニズムに影響します。^[1]亀裂のない氷岩圏は、引張強度よりもせん断強度が大きいため、せん断破壊によって圧縮変形が発生し、逆断層と横ずれ断層が発生します。 [1]逆に、事前に亀裂のある氷はせん断強度がはるかに低く、伸張応力によって正断層と地溝が生成されます。^{[1 ]}

集積による残留熱は、氷衛星の内部熱源の 1 つである可能性があります。しかし、外層の純粋な水氷を溶かすのに十分な質量を持つのは、半径が約 2000 km を超える衛星のみであると考えられています。^[1]潮汐加熱と放射性元素の崩壊は、氷衛星の内部熱源のもう 1 つの可能性があります。^[1]冷たい内部が温まると、衛星は膨張し、表面に張力がかかります。^[1]一方、冷却すると、収縮と圧縮が起こります。^[1]マントル対流は、ほとんどの氷衛星で発生した可能性がありますが、リソスフェアのストレスの重要な原因ではありません。^[1]

小惑星や彗星の衝突も、氷衛星の熱エネルギーや地震エネルギーのもう一つの源です。^[1]衝突により、溶融池、古い断層や亀裂の再活性化、衝突地点の反対側の地域の変形が発生する可能性があります。^[1]衝突により、氷衛星に3つの一般的な破壊パターンがもたらされる可能性があります。(1) 衝突地点から発生する放射状対称の破壊の全体的システム、(2) 同心円状および放射状の破壊、(3) 放射状および同心円状の谷を持つ衝突盆地の崩壊です。^[1]

ほとんどの氷衛星は同期して回転している。^[1]衛星の形成中に高速で回転していた場合、潮汐摩擦により、1,000〜1,000,000年以内に同期回転になる。[1] 自転速度の低下により、氷衛星の扁平率が低下し、南北方向の主応力が減少するため、東西方向に延びる岩脈が形成される。 ^[1]潮汐摩擦によりリソスフェアが崩壊すると、極付近で東西伸張構造、中緯度で北東/北西横ずれ構造、赤道で南北圧縮構造が予想される。^[1]惑星から軌道を回る衛星への角運動量の伝達により、衛星の軌道距離は時間とともに増加する。^[1]軌道距離の増加の結果として、潮汐による膨らみは減少する。^[1]これらの応力は、惑星に面した位置と反対側の位置で圧縮を、両極で伸張を、そして他の場所では北東/北西方向の横ずれ断層を生み出すはずです。^[1]

木星の衛星の中には、プレートテクトニクス型の変形に関係する可能性のある特徴を持つものがあるが、その物質や具体的なメカニズムは地球のプレートテクトニクス活動とは異なる可能性がある。2014年9月8日、NASAは木星の衛星エウロパでプレートテクトニクスの証拠を発見したと報告した。これは地球以外の世界での沈み込み活動の最初の兆候である。^[2]土星最大の衛星タイタンは、 2005年1月14日にタイタンに着陸したホイヘンス探査機によって撮影された画像で地殻変動活動を示していると報告された。 ^[3]

氷衛星のプレートテクトニクス、特に地球のようなプレートテクトニクスのメカニズムは、広く合意されておらず、十分に理解されていません。^[4] 地球のプレートテクトニクスは、「スラブプル」によって駆動されると仮定されており、より密度の高い沈み込むプレートの沈み込みが中央海嶺の拡大力を提供します。^[4]「海嶺プッシュ」は、地球のプレートテクトニクスでは比較的弱いです。^[4]氷衛星には伸張特性が豊富にありますが、圧縮特性はまばらです。^[4]さらに、密度の低い氷がより密度の高い流体に沈み込むことは説明が困難です。^[1]力のバランスモデルは、沈み込みが氷衛星全体に大規模な地形力を生み出す可能性が高いことを示唆しています。これは、浮力が沈み込む力よりも桁違いに大きいためです。^[4]破砕とプレートのような動きは、体積変化と内部の動きから切り離された氷殻の動きによってより簡単に説明できます。^[4]

ミマス、テティス、レア、イアペトゥス、ウンブリエル、エウロパ、ガニメデでは、一貫した方向を向いた線状の谷、ピットの連鎖、断崖が観測されている。これらの地形は、衝突や潮汐力によって形成されたと考えられている。^[1]

これらの地形は、トラフや断崖群と見た目は似ているが、横断する地形とは地質学的に異なる。トラフは比較的新しい物質であると考えられている。これらの地形は、伸張テクトニクスによって形成された正断層や亀裂であると考えられている。^[1]しかし、ディオネとテティスでは、大きな衝突によって横断する断崖やトラフが形成された可能性がある。^[1]

尾根は珍しいが、レア、ディオネ、ガニメデでは観測されている。尾根は圧縮または転圧によって形成されると考えられている。^[1]

崩壊した衝突盆地は同心円状の断崖と放射状の断崖を形成すると考えられている。カリストのヴァルハラリングシステムは、これらの特徴の最もよく保存された例の1つである。ガニメデの暗い地形には同心円状の溝が見られるが、それは谷としてのみであり、断崖はない。^[1]

氷衛星の火山活動は、(1)マントル対流、(2)負のダイアピル作用、(3)衝突クレーター、(4)大きな衝突に反応した反対側の破砕の4つのプロセスによって発生する可能性がある。^[1]火山活動の最も強力な証拠は、ミランダの多角形のコロナで発見されている。これは、クレーターが密集した領域に埋め込まれた、大きく破砕され表面が再形成された領域である。

溝状地形とは、平行またはほぼ平行で、古い地形を分断し、明るい色の地形と関連していることが多く、隆起ではなく負の起伏構造である地形を指します。^[1]負の地形は、これらの地形が氷の月の全体的な膨張によって形成されたことを示唆していますが、古い構造の再活性化によって形成された地形を示唆する人もいます。^[1]

ボイジャー2号とガリレオ計画の画像は、クレーターのないエウロパの表面が高度に割れている様子を明らかにした。これは、表面が常に若く、再表面化している可能性があることを示唆している。 ^[5]膨張帯は、地球の拡大尾根と形態的に似ていることから、温かい氷が上昇して帯を形成していることを示唆している。しかし、圧縮変形の特徴はまばらで、膨張帯からの拡大を収容するには小さすぎる。^[5]沈み込みのメカニズムは、エウロパの氷テクトニクス仮説の鍵となる。沈み込みが発生するには、氷地殻内またはその下の対流が、上にある氷地殻の強度を超える応力を及ぼす必要がある。^[5]しかし、妥当なテクトニクス仮説を維持するには、氷が表面下に沈む仕組みを説明する必要がある。^[5]地殻の氷の多孔率が約1％を超えると沈み込みは起こりにくいが、氷内の塩分濃度が高いため、最大10％の多孔率でも沈み込みは起こり得る。[5] 沈み込みは、上に乗るプレートと沈み込むプレートの塩分含有量の差が5％を超えると発生する可能性がある。 [ ^{5 ]}しかし、沈み込みを開始するプロセスと条件はまだ十分に説明されていない。

エウロパの氷地殻は木星からの潮汐力によって破壊されている可能性があり、液体の水がこれらの亀裂を通って地表に達する可能性があるという仮説が立てられている。^[6]しかし、地殻内の氷の覆土圧力は氷表面下35メートルより深いところでは潮汐力を超えるため、潮汐力によって引き起こされる亀裂が広がる深さは制限される。 ^[6]さらに、亀裂内の液体の水は急速に凍結する。したがって、亀裂が深く広がるためには、潮汐力以外の原因によって地殻が張力を受ける必要がある。潮汐力は亀裂に沿って横ずれ運動を強制する可能性があり、この横方向の動きによって亀裂内に熱が発生し、氷が延性流動を受けやすくなる。^[6]亀裂に沿ったより暖かく粘性の低い氷は周囲の氷よりも密度が低く、表面に向かって流れ上がる可能性がある。^[6]これらの亀裂内で生成された溶融物は、1000年の時間スケールで地下の海に浸透する前に、一時的に表面近くに存在する可能性があります。^[6]

表面の切断された特徴は、エウロパの沈み込みが板状帯に沿って起こっている可能性を示唆している。^[7]地球の沈み込みとは異なり、エウロパの氷の強度と相対密度の違いから、沈み込む氷板が地下の海に「引き込まれる」可能性は低い。 [ ^{7 ]}むしろ、それは上部のプレートを構成する氷に組み込まれる可能性が高い。 [7]板状帯と交差する表面の特徴は、横ずれ断層や膨張断層とは異なり、反対側には続かない。^[7]

エウロパの北半球の横ずれ断層は主に左横ずれであるのに対し、南半球の横ずれ断層は主に右横ずれである。^[8]この二分性は、断層が赤道から離れるほど顕著になる。^[8]これを説明するため、シェルテクトニクス仮説では、木星の潮汐力によって駆動される断層に沿った横ずれ運動のメカニズムを記述している。^[8]シェルテクトニクスによる横ずれ断層の数値シミュレーションは、観測結果とほぼ一致している。^[8]しかし、シェルテクトニクスモデルでは、表面にかなりの数の亀裂または断層がすでに存在していることが必要である。^[8]

液体の海洋内の対流と移流により、液体の水分が氷の地殻に運ばれて凍結し、海洋起源の物質が表面に到達する可能性があります。^[9]しかし、氷の地殻の伸張を促す力はよくわかっていません。沈み込む氷板が発散境界で地殻を引き離すスラブ引力は、氷が液体の水よりも密度が低く、地下の海洋に沈むことができないため、伸張を促す可能性は低いです。^[9]

ガニメデには、「暗い」地形と「明るい」地形と呼ばれる 2 つの主要な地質単位があります。明るい地形は暗い地形よりもクレーターが少ないため、より新しいと考えられています。^[10]明るい地形の地形は、一部の領域では線状の溝が多く見られますが、他の領域では滑らかに見えます。^[10]滑らかな地形の外観は、低解像度のボイジャー 2 号の画像によるアーティファクトである可能性があります。^[10]明るい帯は、おそらく中央海嶺の拡大や陸地のリフトの拡大に​​類似した、構造的な拡大によって形成されると仮定されています。^[10]一部の領域では、暗い地形のパッチが明るい地形内に見つかります。^[10] Parmentier ら (1982) は、明るい地形の物質が暗い地形に流入し、暗い地形の高地が、低標高の明るい地形に囲まれた観測された暗いパッチとして残ったと示唆しています。^[10] Parmentier ら(1982) は、ガニメデでは海嶺のような拡大は起こっていないことを発見し、不一致なクレーターの残骸や、裂け目によって分断された地域での不適合な多角形地形の観察を引用している。^[10]代わりに、オフセットされた特徴と洪水の証拠は、有限の岩石圏の裂け目が明るい地形を生み出したことを示唆している。^[10]パルメンティエら (1982) は、暗い地形は純粋な水氷よりもわずかに密度が高い氷とケイ酸塩の混合物であると推測している。暗い地形の拡大により、密度の低い水氷が上方に押し出され、明るい地形の直線状および曲線状の裂け目が形成される。^[10]長くて狭い溝は明るい地形と暗い地形の両方に現れるが、明るい地形でより多く見られる。^[10]溝は通常対称的であるため、褶曲や逆断層のような圧縮的な特徴ではなく、伸張的な特徴であることが示唆される。^[10]

Head ら (2002) は、高解像度のガリレオ ミッション画像を使用して、ガニメデの明るい地形と暗い地形の形成メカニズムを再検証し、特に Parmentier ら (1982) で説明されている滑らかな領域が氷火山の充填によって生成されたかどうかに注目しています。^[11]ボイジャー 2 号の画像で観測された滑らかな領域の多くは、画像の解像度が低いためにそのように見えます。^[11]実際には、これらの「滑らかな」領域には、より小さな線状の尾根と谷があります。^[11]滑らかな地形の存在は、氷火山の充填仮説の鍵であり、これらの領域内の尾根と谷の存在は、その仮説に大きな疑問を投げかけています。^[11]ガリレオの画像では、氷火山の流れを示す葉状の特徴や噴出孔は明らかにされていません。^[11]さらに、明るい地形と暗い地形の両方がある領域では、明るい地形の方が地形的には高くなっています。^[11]これらの観察は、明るい領域を説明するために、おそらく氷火山活動に加えて、地殻変動を必要とする。^[11]

ガニメデの表面には、数千キロメートルに及ぶ線状の溝や畝が同心円状の弧を描いている。^[12]ロッシら（2018）は、ボイジャー2号とガリレオのミッション画像を組み合わせてガニメ​​デの詳細な地質調査を行い、ウルク溝地域の進化的地質モデルを作成した。 [12]右横ずれ断層は剪断帯にS字状の構造を生成し、伸張力によって線状の溝や畝が形成される。 [ ^{12 ]}

ガニメデの横ずれ断層の豊富な証拠は、明るい地形と暗い地形の両方に存在します。^[13 ]このような断層は、暗い地形内の新鮮な軽い氷を露出させる可能性があります。 [ ^13]マップされた断層のフィールドは、時間の経過とともに応力パターンがどのように変化して地形を形成したかを示す証拠となる可能性があります。^[13]