S'abonner

Styles of mantle convection and their influence on planetary evolution - 01/01/03

Doi : 10.1016/S1631-0713(03)00009-9 

David J.  Stevenson

Voir les affiliations

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
L’accès au texte intégral de cet article nécessite un abonnement.

pages 13
Iconographies 4
Vidéos 0
Autres 0

Résumé

Mantle convection is the method of heat elimination for silicate mantles in terrestrial bodies, provided they are not too small or too hot. Bodies that are small ( Moon or smaller, possibly even Mercury) may rely largely on conduction or melt migration, and bodies that are very hot (Io, very early Earth) may use massive melt migration (magma oceans) and heat pipes. In the standard, simple picture, we can use scaling laws to determine the secular cooling of a planet, likelihood and form of volcanism, and the possibility of a core dynamo. Contrary to popular belief, small planets do not cool faster than larger planets (provided they convect) but they do tend to have a slightly lower internal temperature at all times and thus may cease to be volcanically active at an earlier epoch. On the other hand, a larger volume fraction of a small planet may be involved in melt generation. However, our understanding of heat transfer by mantle convection is limited by three very important, largely unsolved problems: The complexities of rheology, the effects of compositional gradients, and the effects of phase transitions, especially melting. The most striking manifestation of the role of rheology lies in the difference between a mobile lid mode (plate tectonics for Earth) and a stagnant lid mode (other large terrestrial bodies). This difference may arise because of the role of water, but perhaps also because of melting, or size (gravity), or the vagaries of history. It has profound effects for the differences in history of Earth, Venus and Mars, including their surface geology, volatile reservoirs and magnetic fields. Since thermal convection is driven by small density differences, it can also be greatly altered or limited by compositional or phase effects. Melt migration introduces additional complications to the heat transport as well as being a source for the irreversible differentiation that might promote layering. Our limited understanding and ability to model these processes continues to limit the development of a predictive framework for the differences among the terrestrial planets.

Résumé

La convection mantélique est le moyen par lequel les manteaux silicatés des corps terrestres éliminent la chaleur, à condition qu'ils ne soient, ni trop petits, ni trop chauds. Les petits corps (la Lune ou les corps plus petits, peut-être même Mercure) utilisent en grande partie la conduction ou la migration de matériel fondu, et les corps très chauds (Io, ou la Terre très primitive) utilisent la migration massive de matériel fondu (océan de magma) et des conduits de chaleur. Dans le cadre de l'image standard simple, nous pouvons utiliser des lois d'échelle pour déterminer le taux de refroidissement séculaire d'une planète, la probabilité d'existence et la forme du volcanisme, et la possibilité d'une dynamo dans le noyau. Contrairement à une idée reçue, les petites planètes ne se refroidissent pas plus vite que les grosses (à condition que celles-ci convectent), mais elles tendent à avoir une température interne légèrement plus basse à tout moment ; elles peuvent ainsi cesser d'être volcaniques plus tôt. Cependant, la fraction volumique impliquée dans la production de matériel fondu peut être plus grande dans une petite planète. Notre compréhension du transfert de chaleur par conduction est limitée par trois problèmes très importants, à ce jour non résolus : les aspects complexes des propriétés rhéologiques, les effets des gradients de composition et ceux des transitions de phase, particulièrement la fusion. La manifestation la plus frappante du rôle de la rhéologie réside dans la différence entre le mode à couvercle mobile (la tectonique des plaques sur la Terre) et le mode à couvercle stagnant (les autres grandes planètes telluriques). Cette différence peut venir du rôle de l'eau, mais aussi - peut-être - de la fusion, ou de la taille (gravité), ou des hasards de l'histoire. Elle entraîne de nombreuses conséquences pour ce qui concerne les différences d'histoire entre la Terre, Vénus et Mars, y compris leur géologie de surface, leurs réservoirs de volatils et leurs champs magnétiques. Comme la convection thermique résulte de faibles différences de densité, elle peut être aussi largement modifiée ou limitée par des différences de phase ou de composition. La migration du magma introduit des complexités supplémentaires, aussi bien pour ce qui concerne le transfert de chaleur que comme source d'une différentiation irréversible, qui peut entraîner la stratification. Notre compréhension et l'aspect limité de notre capacité à modéliser ces processus continuent à limiter la construction d'un cadre prédictif permettant d'expliquer les différences entre planètes telluriques.

Mots clés  : Mantle convection ; Planetary evolution.

Mots clés  : Convection du manteau ; Évolution des planètes.

Plan



© 2003  Académie des sciences / Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés.

Ajouter à ma bibliothèque Retirer de ma bibliothèque Imprimer
Export

    Export citations

  • Fichier

  • Contenu

Vol 335 - N° 1

P. 99-111 - janvier 2003 Retour au numéro
Article précédent Article précédent
  • Global thermal and dynamical perturbations due to Cretaceous mantle avalanche
  • Philippe Machetel
| Article suivant Article suivant
  • On the ages of flood basalt events
  • Vincent E. Courtillot, Paul R. Renne

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
L’accès au texte intégral de cet article nécessite un abonnement.

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
L’achat d’article à l’unité est indisponible à l’heure actuelle.

Déjà abonné à cette revue ?

Mon compte


Plateformes Elsevier Masson

Déclaration CNIL

EM-CONSULTE.COM est déclaré à la CNIL, déclaration n° 1286925.

En application de la loi nº78-17 du 6 janvier 1978 relative à l'informatique, aux fichiers et aux libertés, vous disposez des droits d'opposition (art.26 de la loi), d'accès (art.34 à 38 de la loi), et de rectification (art.36 de la loi) des données vous concernant. Ainsi, vous pouvez exiger que soient rectifiées, complétées, clarifiées, mises à jour ou effacées les informations vous concernant qui sont inexactes, incomplètes, équivoques, périmées ou dont la collecte ou l'utilisation ou la conservation est interdite.
Les informations personnelles concernant les visiteurs de notre site, y compris leur identité, sont confidentielles.
Le responsable du site s'engage sur l'honneur à respecter les conditions légales de confidentialité applicables en France et à ne pas divulguer ces informations à des tiers.


Tout le contenu de ce site: Copyright © 2024 Elsevier, ses concédants de licence et ses contributeurs. Tout les droits sont réservés, y compris ceux relatifs à l'exploration de textes et de données, a la formation en IA et aux technologies similaires. Pour tout contenu en libre accès, les conditions de licence Creative Commons s'appliquent.