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Erde und Mond– maßstäblich
Mondradius: 1.737 kmErdradius: 6.378 km
E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009
Lunarer Vulkanismus(Mare Basalts)
17% der Oberfläche1% des Krustenvolumens
Relativ geringer Grad der Teilschmelzen im
Mantel
E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009
Lava (Lunar Mare-Basalts)Lava (Lunar Mare-Basalts)
E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009
Sinuous Rilles
Eruption rates:~1000 km3/a
for comparison:Vesuv, Kilauea:Average peak flux:~10-2 km3/a
E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009
there wereshort-lived periodsof high volcanicactivity on theMoon
Emplacements of Lunar Mars Basalts
from Head and Wilson (1992)
E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009
Timescales on Moon and Mercury
from Head et al., Space Sci. Rev. (2007)
E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009
Gruithuisen-Domes(Apollo)
E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009
Mond: SchildvulkaneMond: Schildvulkane
Vulkanismus auf dem Mond
• Relativ wenig Volumen• Niedrige Effusionsraten (über lange
Zeiträume)• Kurzfristig hohe Eruptionsraten• Niedrige Viskosität der Laven• Dadurch weite Fließstrecken• Enorme zeitliche »Streckung«• Zusammensetzung variiert mit der Zeit• keine regionalen Tendenzen• Chemismus evtl. deutlich variabler
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Extensional features:
Lunar GrabensExtensional features:
Lunar Grabens
•A
po
llo A
S1
0-3
1-
46
45
•A
po
llo A
S1
0-3
1-
46
45
E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009
Contractional Features:
Wrinkle ridgesContractional Features:
Wrinkle ridges
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Mare Serenitatis
Mantel
KrusteIIIIII
Gräben entlangder Beckenränder
Dikes
Gräben entlangder Beckenränder
Wrinkle Ridges;durch KompressionentstandenGraben GrabenWrinkleridges
Mantle
CrustDikes
Dehnung Dehnung
Stauchung
E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009
E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009
Moon: Summary of tectonic structures
• »simple« tectonic evolution
• early extension (>3.5 Ga) and later contraction (<3.5 Ga)
• Loading-induced tectonism
– Concentric grabens at edges of basins
– Downwarping of basin centers wrinkle ridges
• Tidal forces
– Despinning: predictions of fracture pattern (e.g., Melosh, 1977)
– But no such patterns observed on the Moon
• Impact-induced tectonism• Review paper: Hiesinger & Head, in: New Views of the Moon (2006)
E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009
Mercuryimage from http://messenger.jhuapl.edu
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Was there volcanism on Mercury?
• Spectra are nearly featureless surface analogous to lunar anorthositic crust? (Tyler et al., 1988; Sprague et al., 1994)
• Some evidence from Mariner 10 colour data (Robinson and Lucey, 1997), stratigraphic relations, and morphology areinterpreted to be consistent with volcanically emplacedmaterials (e.g., Spudis and Guest, 1988)
• Comparison with Moon: no volcanic features could havebeen identified on the Moon in images with resolutions of Mariner 10 (Milkovich & Head, 2002) the question of volcanism on Mercury was open until MESSENGER arrived
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Past evidence: Embayment relationships and ponding in topographic lows
Tolstoj basin (17°S, 196°E) Mare Humboldtianum (56°N, 280°E)
MercuryMercury MoonMoon
from Head et al., Space Sci. Rev. (2007)
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…and then MESSENGER arrived:
A volcano on Mercury
from Head et al., Science (2008)
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Collapse: Evidence for volcanism?
• Crater diameter: 52km
• „telephone“-shaped collapsefeature: pastvolcanic activityat and just belowthe surface?
image from http://messenger.jhuapl.edu
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Pantheon Fossae
• troughs radiating outward in a geometry unlikeanything seen by Mariner 10.
• extension ? • Other troughs near the center form a polygonal
pattern (also seen along the interior margin of Caloris).
• impact crater (~40 km) centered on PatheonFossae
• straight-line segments of crater walls influencedby preexisting extensional troughs?
• Dike swarm?
• troughs radiating outward in a geometry unlikeanything seen by Mariner 10.
• extension ? • Other troughs near the center form a polygonal
pattern (also seen along the interior margin of Caloris).
• impact crater (~40 km) centered on PatheonFossae
• straight-line segments of crater walls influencedby preexisting extensional troughs?
• Dike swarm?
Image : NASA/Johns Hopkins University APL/Carnegie InstitutionImage : NASA/Johns Hopkins University APL/Carnegie Institution
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Tectonics of MercuryTectonics of Mercury
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Extensional features: Grabens
• rare• associated with Caloris basin• but new results from MESSENGER?
• rare• associated with Caloris basin• but new results from MESSENGER?
Image: Mariner 10
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Contractional features on Mercury
• Lobate scarps
– Steeply sloping scarp face and gently slopingback scarp
• Wrinkle ridges
– Mainly on the floor of Caloris and in smoothplains surrounding Caloris
• High-relief ridges
– Symmetric in cross-section
– Surface expression of high-angle reverse faults?
E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009
Lobate scarps and high relief ridges• Linear or arcuate
features
• Relief hundreds of meters to > 1km
• Length tens to hundreds of kilometers
• Offsets in craterwall and floormaterials suggestsurface breakingthrust faults
• Planar geometry
from Watters et al., Geophys. Res. Lett. (2004)
E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009
Discovery Scarp
Image courtesy of Mark Robinson
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Lobate scarps• Older studies: lobate scarps due to global contraction
due to cooling of planetary interior compressionalstrain is ~0.056% (radius decrease <1 km) e.g., Watterset al., Geology (1998)
• Lobate scarps are not randomly distributed (but: pre-MESSENGER knowledge!)
• Initiation of widespread thrust faulting only afterCaloris formation and formation of Calorian smoothplains (<3.9 Ga ago)
• Regional-scale tectonic stresses may have dominatedover stresses resulting from global contraction
from Watters et al., Geophys. Res. Lett. (2004)
E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009
Summary• Several models for lobate scarp
formation
– Global contraction due to interiorcooling
– Tidal despinning
– Interaction of thermal stresses and Caloris-induced stresses
• All models have limitations in explaining spatial and temporal distribution of lobate scarps
• No features indicative of large mantle swells (like Tharsis) or intermediate-scale mantle activity (like coronae)
• Review paper: Head et al., Space Sci. Rev. (2007)
• MESSENGER analysis ongoing! Stay tuned!
E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009E. Hauber: Vulkanismus und Tektonik, Ringvorlesung HGF-Allianz „Planetenentwicklung und Leben“, TU Berlin, 23. April 2009