Heat Loss and Reheating of the Venusian Interior Heat Loss and Reheating of the Venusian Interior Leitner J. und Firneis M. G. Institut für Astronomie,

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1 Heat Loss and Reheating of the Venusian Interior Heat Loss and Reheating of the Venusian Interior Leitner J. und Firneis M. G. Institut für Astronomie, Universität Wien, Austria

2 Parametervergleich Venus/Erde: ParameterVenusErdeVerhältnis (V/E) Masse [10 24 kg]4,86855,97360,815 Volumen [10 10 km 3 ]92,843108,3210,857 äquatorialer Radius [km]6051,86378,10,949 polarer Radius [km]6051,86356,80,952 Abplattung0,00,00335 mittlere Dichte [kg/m 3 ]524355150,951 Gravitationsbeschleunigung (Äquator) [m/s 2 ]8,879,780,907 Trägheitsmoment0,330,33080,998 atm. Druck an der Oberfläche [bar]92,01,01490,73 mittlere Oberflächentemperatur [K]7372882,56 siderische Rotationsperiode [hrs]-5832,523,9345243,686

3 Oberflächenstrukturen: 891 Crater 328 Coronae 114 Montes 102 Dorsa 64 Tesserae 61 Chasmata 41 Planitae 22 Regiones 4 Plana 3 Terrae …

4 1857 verschiedene vulkanische Strukturen, darunter Schildvulkane, Lavaflüsse, Dome, Calderas, Coronae, Arachnoids, Novae, … Oberflächenstrukturen:

5 Mean Surface Heat Flow: Erde: Mean Surface Heat Flow: 87 mW/m 2 Total Heat Loss: 4.43 x 10 13 W Venus: keine Messungen -) Skalierungen von Erde: Solomon S. C. et al., 1982: 74 mW/m 2 Turcotte D. L. et al., 1995: 63 mW/m 2 -) Standardmodell: Turcotte D. L., 1993: 11 mW/m 2 -) Parameterisierte Konvektionslösungen: zw. 15 und 50 mW/m 2 Vgl. Mond: 2 Messungen 14 und 21 mW/m 2

6 Skalierungslösungen: -) Methode von Solomon S. C. et al., 1982: -) Verbesserung der Skalierung: Venus besteht aus 2 verschiedenen Krustentypen 1. Typ: Highlands (8 %) mit 53 mW/m 2 2. Typ: Low- und Uplands (92 %) mit 82 mW/m 2

7 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

8 Standardmodell für Venus-Resurfacing: Kritischer Wert ist definiert durch: Mean Surface Heat Flow:

9 Wärmetransportmechanismen: Welche Mechanismen dominieren in welchen Ausmaß den Wärmetransport auf der Venus?

10 Neue Abschätzung des Surface Heat Flows: Annahme: (1) 75 % des Heat Flows durch radioaktiven Zerfall (2) 25 % des Heat Flows durch Kühlung Craft K [10 4 ppm] 1 U [ppm] 1 Th [ppm] 1 K/UTh/U Venera 8 4.0 ± 1.2 2.2 ± 0.7 6.5 ± 0.2 18182 ± 7951 3.0 ± 0.9 Venera 9 0.47 ± 0.08 0.6 ± 0.16 3.65 ± 0.42 7833 ± 2478 6.1 ± 1.8 Venera 10 0.30 ± 0.16 0.46 ± 0.26 0.70 ± 0.34 6522 ± 5068 1.5 ± 1.2 Vega 1 0.45 ± 0.22 0.64 ± 0.47 1.5 ± 1.2 7031 ± 6203 2.3 ± 2.5 Vega 2 0.40 ± 0.20 0.68 ± 0.38 2.0 ± 1.0 5882 ± 4411 2.9 ± 2.2 1 Surkov Y. A. et al., 1987

11 Neue Abschätzung des Surface Heat Flows: (C 0 K /C 0 U ) 0 = 6817 ± 2742 (C 0 Th /C 0 U ) 0 = 3.2 ± 0.8 (C 0 K /C 0 U ) 1 = 9090 ± 2474 (C 0 Th /C 0 U ) 1 = 3.2 ± 0.8 C 0 … heutige Massenkonzentrationen Index 1: mit Venera 8 Index 0: ohne Vergleich Erde (mittlere Werte für den Mantel): C 0 K /C 0 U ~ 10 4 C 0 Th /C 0 U ~ 4 jeweils für Kruste Gesteine stark angereichert (Ursache: Krustendiff.prozess?)

12 Neue Abschätzung des Surface Heat Flows: K/U und Th/U Mantel-Verhältnisse auf Erde und Venus sehr ähnlich 1 Q (1) = 70 mW m -2 gegenwärtige Kühlungsrate des Mantels: (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

13 (1) Wärmeleitung: Anteil: 20 – 25 % 23 – 29 mW m -2

14 (2) Hot-Spot Vulkanismus - Coronae: Coronae – Venusianische Hot-Spots?! Coronae: vulkanisch-tektonische Strukturen, einzigartig auf der Venus; vermutlich Oberflächenmanifestationen von Mantle-Upwelling Prozessen. Artemis Corona nach Stofan E. R. et al., 1991

15 (2) Hot-Spot Vulkanismus - Coronae: Feature Typ 1 Coronae [% Anzahl] Typ 2 Coronae [% Anzahl] 1 – Domes 7 29 0 0 2 – Plateaus 13 53 7 8 3a – Rimmed Plateaus 9 37 6 6 3b – Rims with central high 16 65 4 4 4 – Rimmed depressions 28 115 23 25 5 – Outer rise, through, inner high 5 20 0 0 6 – Outer rise, through, inner low 1 4 0 0 7 – Rim only 8 33 54 57 8 - Depressions 10 41 4 4 9 – No apparent signature 3 12 2 2 SUMME 100 409 100 106 Stofan E. R. et al., 2001

16 (2) Hot-Spot Vulkanismus - Coronae: Typ1 Coronae Typ 2 Coronae

17 (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 70 1 Novae: sternförmig enge platzierte, von einem Zentrum aus- gehende Gräben Anzahl: gegenwärtig 55 1 1 Kostama V. P. et al., 2001 in Themis Regio (C1-MIDR 30S279)NSSDC Venus Data Set ID: 89-033B-01F

18 (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

19 (2) Hot-Spot Vulkanismus - Anteil am Total Heat Loss: 1 1 Leitner J., Firneis M. G., 2004 Exklusive Coronae- unabhängigen vulkanischen Strukturen

20 (3) Plate-Recycling: Plattentektonik auf der Venus ist eine der heute kontroversesten 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 Riftzonen Aphrodite Terra: Kollisionsorogen Lakshni Planum: vergleichbar mit Tibet

21 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!

22 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