水星表面的皺紋表明地球仍在萎縮

行星科學(xué)家早就知道汞數(shù)十億年來一直在萎縮。

盡管是離太陽最近的行星，但隨著內(nèi)部熱量的泄漏，它的內(nèi)部一直在冷卻。這意味著構(gòu)成它的巖石（以及其中的金屬）的體積一定略有收縮。

然而，目前尚不清楚地球今天仍在縮小到什么程度 - 如果是這樣，這種情況可能會持續(xù)多久?，F(xiàn)在我們的新論文，發(fā)表于自然地球科學(xué)，提供了新鮮的見解。

由于水星的內(nèi)部正在縮小，它的表面（地殼）覆蓋的面積逐漸減少。它通過發(fā)展“推力斷層”來應(yīng)對這種情況 - 其中一片地形被推到相鄰地形上（見下圖）。這就像蘋果隨著年齡的增長而形成的皺紋，只不過蘋果因?yàn)樽兏啥湛s，而水星因?yàn)閮?nèi)部的熱收縮而收縮。

水星萎縮的第一個(gè)證據(jù)出現(xiàn)在1974年，當(dāng)時(shí)水手10號任務(wù)傳輸了幾公里高的陡坡（坡道狀斜坡）在地形上蜿蜒數(shù)百公里的照片。信使號在2011-2015年繞水星運(yùn)行，在全球各地顯示出更多的“葉狀陡坡”（眾所周知）。

從這些觀測中，可以推斷出，緩傾的地質(zhì)斷層，稱為推力，接近每個(gè)陡坡下方的表面，是對水星半徑縮小約7公里的反應(yīng)。

但是這是什么時(shí)候發(fā)生的呢？計(jì)算水星表面年齡的公認(rèn)方法是計(jì)算撞擊坑的密度。表面越老，隕石坑越多。但這種方法很棘手，因?yàn)樵谏钸h(yuǎn)的過去，產(chǎn)生隕石坑的撞擊率要大得多。

然而，很明顯，水星的陡坡一定相當(dāng)古老，因?yàn)楸M管它們穿過了一些較舊的隕石坑，但相當(dāng)多的年輕隕石坑疊加在陡坡上，因此陡坡一定比那些更古老。

那個(gè)懸崖最后一次移動是什么時(shí)候？

人們普遍認(rèn)為，水星的陡坡大多有30億年的歷史。但是他們都那么老嗎？年長的是很久以前就停止移動還是今天仍然活躍？

我們不應(yīng)該期望每個(gè)陡坡下方的推力斷層只移動過一次。近年來地球上最大的地震，9級東北地震2011年造成福島災(zāi)難的日本近海是沿著100公里長的負(fù)責(zé)推力斷層突然跳躍20米的結(jié)果。

水星最大的“地震”可能較小。要積累2-3公里的總縮短，可以在水星上的典型陡坡上測量，將需要數(shù)百次9級“地震”，或者更可能是數(shù)百萬次較小的事件，這些事件可能已經(jīng)分散了數(shù)十億年。

掌握水星斷層運(yùn)動的規(guī)模和持續(xù)時(shí)間很重要，因?yàn)槲覀儾幌Ｍ堑臒崾湛s完全完成，即使這應(yīng)該會減慢。

裂開

到目前為止，證據(jù)很少。但我們的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了明確的跡象，表明許多陡坡在地質(zhì)學(xué)上最近繼續(xù)移動，即使它們是在數(shù)十億年前開始的。

這項(xiàng)工作是由英國開放大學(xué)的博士生Ben Man注意到一些陡坡在其拉伸的上表面有小裂縫時(shí)觸發(fā)的。他將這些解釋為“地塹”，這是一個(gè)地質(zhì)詞，用于描述兩個(gè)平行斷層之間的一條地面。

這通常發(fā)生在地殼被拉伸時(shí)。在水星上拉伸似乎令人驚訝，那里的整體地殼正在被壓縮，但人類意識到，如果地殼的推力片在被推到相鄰地形上時(shí)被彎曲，就會發(fā)生這些地塹。如果你試圖彎曲一塊吐司，它可能會以類似的方式破裂。

地塹寬不到1公里，深不到100米。這些相對較小的特征必須比它們所在的古老結(jié)構(gòu)年輕得多，否則它們已經(jīng)被撞擊從視野中抹去，將材料拋過表面，這個(gè)過程恰如其分地命名為”影響園藝".

根據(jù)沖擊園藝造成的模糊率，我們計(jì)算出大多數(shù)地塹的年齡不到3億年。這表明最新的運(yùn)動一定同樣發(fā)生在“最近”。

使用MESSENGER提供的最詳細(xì)的圖像，Man發(fā)現(xiàn)了48個(gè)大的葉狀陡坡，這些陡坡肯定有小地塹。另外244個(gè)頂部是“可能的”地塹 - 在最好的MESSENGER圖像上看得不夠清楚。

這些現(xiàn)在是歐洲/日本聯(lián)合成像系統(tǒng)確認(rèn)的主要目標(biāo)貝皮科倫坡任務(wù)，應(yīng)該在2026年初開始在水星周圍的軌道上運(yùn)行。

來自月球的教訓(xùn)

月亮也降溫收縮了。它的葉狀陡坡比水星上的陡坡小得多，也不那么壯觀，但在月球上，我們確信，除了地質(zhì)上是最近的，還有一些今天很活躍。

這是因?yàn)?a>最近的重新分析在幾次阿波羅任務(wù)留在月球表面的地震儀（振動探測器）記錄的月震位置中，月震聚集在葉狀陡坡附近。

此外，月球表面從軌道上最詳細(xì)的圖像揭示了巨石從陡峭的表面反彈產(chǎn)生的軌跡，大概是在被月震移開之后。規(guī)模比水星的地塹小得多，類似的邏輯也適用于這些巨石軌道：它們會在幾百萬年后從能見度中消失，所以它們一定很年輕。

BepiColombo不會著陸，因此我們沒有希望收集任何關(guān)于水星的地震數(shù)據(jù)。然而，除了更清楚地顯示小地塹外，其最詳細(xì)的圖像可能會揭示巨石軌跡，這可能是最近地震的額外證據(jù)。我期待著找到答案。

大衛(wèi)·羅瑟里，行星地球科學(xué)教授，開放大學(xué)

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