谢 @刘博洋 童鞋邀,写累死我了。
首先不知道是题主这张影像的分辨率还是光照什么的问题,凹凸感和粗糙度感很容易让我这种眼神不好的觉得是坍塌的熔岩管道(lava tube),但查了下LROC给出的Komarov撞击坑的影像,感觉就很不同了。
(LROC Komarov)
这种底部具有不规则线性条纹的撞击坑叫做Floor-fractured craters (FFCs),是月球上比较常见的一类地形,比如:
↓ Humboldt撞击坑
↓ Gassendi撞击坑
以下分为两个部分展开:【FFCs的形态和分类】和【FFCs地形的形成机制】。
【FFCs的形态和分类】
人们在七八十年代就已经发现了两百多个这样的撞击坑并给这类地形专门分出一类,还根据具体撞击坑形态和裂隙的形态进一步分了6-7个子类(Schultz,1976 Floor-fractured lunar craters; Wilhelms,1987)。事实上除了月球,火星和水星上也有FFCs地形。
进入20世纪,新的更高分辨率的月球高程数据LOLA( Lunar Orbiter Laser Altimeter)和影像数据LROC (Lunar Reconnaissance Orbiter Camera) 使之前的分类更加清晰了。对这类地形最新的综述性研究来自Jozwiak et al. 2012和2015年的论文,她/他们把170个FFCs地形并分成了8个子类(但基本分类思想依然沿袭了Schultz那篇文章),给出了每一个子类的描述和分布。题主提出的Komarov撞击坑就属于Class 3的情况,恩,不想看废话的直接跳转过去就好了。
- Class 1:通常是较大的撞击坑,直径基本在50~300km,撞击坑底部(floor)较深,中央峰(centrak peak)地形复杂,有延伸的撞击坑壁(extensive wall terraces)。撞击坑底部通常有径向和/或同心圆状的裂隙(fractures),坑壁的斜坡带(scarp)通常有新月形的月海沉积物(mare deposits)。代表撞击坑有Humboldt, Atlas, Schülter和Cardanus,下图ABCD分别为Humboldt撞击坑(坐标27.2° S, 80.9° E, 直径207 km)的等高线图,地质示意图(B图中那些线性结构就是fractures),LOLA格网地形图,白线对应的地形剖面图,最后一张是Class 1的撞击坑在月球上的分布图
- Class 2:中等尺度的撞击坑,通常直径13-75km,坑壁非常明显,坑底上凸,有中央峰,有明显的同心圆状的fractures,代表撞击坑有Vitello,Encke和Davy,下图ABCD分别为Vitello撞击坑(坐标30.4° S, 37.5° W, 直径44 km),最后一张是Class 2的撞击坑在月球上的分布图
- Class 3:撞击坑尺度范围较大,直径在12-170km都有,大部分直径约30-60km,底部较平坦(有些甚至没有中央峰),坑壁边缘有宽而明显的沟壑(moat),fractures通常为多边形和/或经向分布但不会延伸进沟壑区域,部分撞击坑内部有月海物质,代表撞击坑有Gassendi, Taruntius和Lavoisier,Haldane和Runge撞击坑有典型的很宽的沟壑,下图ABCD分别为Gassendi撞击坑(坐标17.5° S, 39.9° W, 直径110 km),最后一张是Class 3的撞击坑在月球上的分布图,几乎所有Class 3的FFCs撞击坑都位于盆地(basin)的内部或边缘。题主给出的Komarov撞击坑也属于这一类(红框部分)。
- Class 4:特征为具有V型的沟壑(V-shaped moat),有些具有经向和/或同心圆状的fractures,根据沟壑V型的程度可进一步分为三类Class 4a, 4b, 4c三类。下图为Class 4a的代表撞击坑Bohnenberger以及三类撞击坑的分布。
- Class 5:通常较古老,直径在12-177km,撞击坑边缘已退化模糊,内部有明显的径向、同心圆和/或多边形的fractures,这些撞击坑内部通常为古老的高地物质,代表撞击坑有Von Braun,Repsold和 Alphonsus。
- Class 6:除了特别大和特别小的撞击坑之外,内部完全被月海物质填充,同心圆状的fractures全部紧贴撞击坑壁,部分撞击坑有中央峰和经向fractures。代表撞击坑有Pitatus和Fracastorius。
【FFCs地形的形成机制】
对FFCs地形的形成机制,主要有两种猜想:
1)粘弹性松弛(viscous relaxation)
(Masursky, 1964; Daneš, 1965; Cathles, 1975; Hall et al., 1981)
2)岩浆侵入(magmatic intrusion)
(Brennan, 1975; Schultz, 1976; Wichman and Schultz, 1995; Dombard and Gillis, 2001; Jozwiak et al.,2012, 2015)
粘弹性松弛假说(Lunar floor-fractured craters: Evidence for viscous relaxation of crater topography)的理论基础是:新鲜撞击坑引起的地形起伏随着时间推移会慢慢回弹趋于平坦(总体趋势是低处变高高处变低),但长波(大尺度)地形比短波地形松弛速度更快,所以大尺度地形起伏随着时间推移更快的恢复平坦,而短波地形则变化较慢相对保持原样,FFCs是这种差异性的回弹形成的线性fractures。
↓ 粘弹性松弛的过程示意图,A为新鲜撞击坑形态,B为经过一段时间后的撞击坑形态
但后来的诸多数值模拟的结果都无法支持粘弹性回弹假说(Testing the viability of topographic relaxation as a mechanism for the formation of lunar floor-fractured craters),新的更高分辨率的月球高程数据LOLA和影像数据LROC也更支持岩浆侵入假说。岩浆侵入假说的理论基础是:撞击坑形成之后发生岩浆侵入,岩墙(dike)向地表方向不断延伸,延伸最多的OP1类岩墙直接穿透地表引起熔岩流喷出,延伸最少的OP3直接在地下较深处固化,而中等程度的OP2类侵入到地壳浅层附近形成岩床(sill),这类岩浆侵入就可能形成FFCs地形。
下图展示了岩浆侵入假说认为的FFCs形成过程:A. 岩墙(dike)向月球地壳方向侵入→ B. 岩墙侵入壳层,被撞击坑底部地下的角砾岩阻挡于是停在了这里 → C. 压力累积使得岩墙开始横向侵入形成岩床(sill) → D. 岩浆继续累积使得岩床逐渐转变为穹顶状的岩盖(laccolith)或者E. 更厚的岩床,FFCs地形就是岩床/岩盖向上挤压撞击坑底部形成的裂隙。
当然这一过程还会同时形成一些排气出口(vent)和地表以下的布格重力异常,这些也都被LROC影像和GRAIL重力数据所支持。
↓ Alphonsus撞击坑 (13.4° S, 2.8° W,直径119km,class 5 FFC)底部发现的vent
【参考文献】
Schultz, P. H. (1976). Floor-fractured lunar craters. The Moon, 15(3-4), 241-273.
Hall, J. L., Solomon, S. C., & Head, J. W. (1981). Lunar floor‐fractured craters: Evidence for viscous relaxation of crater topography. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 86(B10), 9537-9552.
Wichman, R. W., & Schultz, P. H. (1995). Floor-fractured craters in Mare Smythii and west of Oceanus Procellarum: Implications of crater modification by viscous relaxation and igneous intrusion models. Journal of geophysical research, 100(E10), 21-201.
Dombard, A. J., & Gillis, J. J. (2001). Testing the viability of topographic relaxation as a mechanism for the formation of lunar floor‐fractured craters.Journal of Geophysical Research: Planets, 106(E11), 27901-27909.
Jozwiak, L. M., Head, J. W., Zuber, M. T., Smith, D. E., & Neumann, G. A. (2012). Lunar floor‐fractured craters: Classification, distribution, origin and implications for magmatism and shallow crustal structure. Journal of Geophysical Research: Planets, 117(E11).
Jozwiak, L. M., Head, J. W., & Wilson, L. (2015). Lunar floor-fractured craters as magmatic intrusions: Geometry, modes of emplacement, associated tectonic and volcanic features, and implications for gravity anomalies. Icarus,248, 424-447.
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