Вулканизм на Ио , спутнике Юпитера , представлен наличием вулканов , вулканических ям и потоков лавы на поверхности Луны. Его вулканическая активность была обнаружена в 1979 году ученым-исследователем «Вояджера-1» Линдой Морабито . [1] Наблюдения за Ио пролетавшими мимо космическими кораблями (« Вояджеры », «Галилео» , «Кассини» , «Новые горизонты » и «Юнона» ) и наземными астрономами выявили более 150 действующих вулканов. На основе этих наблюдений прогнозируется существование до 400 таких вулканов. [2] Вулканизм Ио делает этот спутник одним из пяти известных в настоящее время вулканически или криовулканически активных миров в Солнечной системе (остальные — это Земля , спутник Сатурна Энцелад , спутник Нептуна Тритон и Венера ) .
Впервые предсказанный незадолго до пролёта «Вояджера-1» , источником тепла для вулканизма Ио является приливный нагрев , вызванный её вынужденным эксцентриситетом орбиты . [3] Это отличается от внутреннего нагрева Земли , который происходит главным образом за счет распада радиоактивного изотопа и первичного тепла аккреции . [4] Эксцентричная орбита Ио приводит к небольшой разнице в гравитационном притяжении Юпитера к спутнику между его ближайшей и самой дальней точками на орбите, вызывая различную приливную выпуклость. Это изменение формы Ио вызывает фрикционный нагрев его внутренней части. Без этого приливного нагрева Ио мог бы быть похож на Луну — мир такого же размера и массы, геологически мертвый и покрытый многочисленными ударными кратерами. [3]
Вулканизм Ио привел к образованию сотен вулканических центров и обширных лавовых образований, что сделало его самым вулканически активным телом в Солнечной системе . Были идентифицированы три различных типа извержений вулканов , различающихся продолжительностью, интенсивностью, скоростью излияния лавы и тем, происходит ли извержение внутри вулканической ямы (известной как патера ). Потоки лавы на Ио длиной в десятки или сотни километров имеют преимущественно базальтовый состав, подобный лавам, наблюдаемым на Земле в щитовых вулканах , таких как Килауэа на Гавайях . [5] Хотя большая часть лавы на Ио состоит из базальта, было замечено несколько потоков лавы, состоящих из серы и диоксида серы. Кроме того, были обнаружены температуры извержения до 1600 К (1300 ° C; 2400 ° F), что можно объяснить извержением высокотемпературных ультраосновных силикатных лав. [6]
В результате присутствия значительного количества сернистых материалов в коре Ио и на ее поверхности некоторые извержения выбрасывают серу, сернистый газ и пирокластический материал на расстояние до 500 километров (310 миль) в космос, образуя большие вулканические образования зонтичной формы. шлейфы. [7] Этот материал окрашивает окружающую местность в красный, черный и/или белый цвет и обеспечивает материал для пятнистой атмосферы Ио и обширной магнитосферы Юпитера. Космические корабли, летавшие над Ио с 1979 года, наблюдали многочисленные изменения поверхности в результате вулканической активности Ио. [8]
До встречи «Вояджера-1» с Ио 5 марта 1979 года Ио считалось мертвым миром, очень похожим на Луну . Открытие облака натрия, окружающего Ио, привело к появлению теорий о том, что спутник будет покрыт эвапоритами . [9]
Намеки на грядущие открытия возникли в результате наземных инфракрасных наблюдений, проведенных в 1970-х годах. Аномально высокий тепловой поток , по сравнению с другими спутниками Галилея , был обнаружен во время измерений, проведенных на инфракрасной длине волны 10 мкм , когда Ио находилась в тени Юпитера. [10] В то время этот тепловой поток приписывался поверхности, имеющей гораздо более высокую тепловую инерцию , чем у Европы и Ганимеда . [11] Эти результаты значительно отличались от измерений, проведенных на длинах волн 20 мкм, что позволило предположить, что свойства поверхности Ио были аналогичны свойствам поверхности других галилеевых спутников. [10] Роберт Нельсон и Брюс Хапке попытались объяснить эти особенности спектра Ио, предположив, что фумарольная активность является механизмом образования аллотропов серы с короткой цепью на поверхности Ио. [12] : 9 С тех пор было установлено, что больший поток на более коротких длинах волн был обусловлен совокупным потоком вулканов Ио и солнечным нагревом, тогда как солнечный нагрев обеспечивает гораздо большую долю потока на более длинных волнах. [13] Резкое увеличение теплового излучения Ио на длине волны 5 мкм наблюдалось 20 февраля 1978 года Виттеборном и др. Группа рассмотрела вулканическую активность в то время, и в этом случае данные были уложены в область на Ио площадью 8000 квадратных километров (3100 квадратных миль) при температуре 600 K (300 ° C; 600 ° F). Однако авторы сочли эту гипотезу маловероятной и вместо этого сосредоточились на излучении от взаимодействия Ио с магнитосферой Юпитера. [14]
Незадолго до встречи с «Вояджером-1» Стэн Пил , Патрик Кассен и Р.Т. Рейнольдс опубликовали в журнале Science статью, в которой предсказывали вулканически измененную поверхность и дифференцированную внутреннюю часть с отдельными типами пород, а не с однородной смесью. Они основывали это предсказание на моделях внутренней части Ио, которые учитывали огромное количество тепла, производимое изменяющимся приливным притяжением Юпитера к Ио, вызванным его слегка эксцентричной орбитой. Их расчеты показали, что количество тепла, выделяемого Ио с однородной внутренней частью, будет в три раза больше, чем количество тепла, выделяемого только в результате распада радиоактивного изотопа . Этот эффект был бы еще сильнее при дифференцированном Ио. [3]
Первые изображения Ио, сделанные «Вояджером-1» , показали отсутствие ударных кратеров , что указывает на очень молодую поверхность. Кратеры используются геологами для оценки возраста поверхности планеты ; количество ударных структур увеличивается с возрастом поверхности планеты. Вместо этого «Вояджер-1» наблюдал разноцветную поверхность, испещренную впадинами неправильной формы, на которой отсутствовали приподнятые края, характерные для ударных кратеров. «Вояджер-1» также наблюдал особенности потока, образованные жидкостью с низкой вязкостью и высокими изолированными горами, не похожими на земные вулканы. Наблюдаемая поверхность показала, что, как и предполагали Пил и его коллеги, Ио сильно изменился в результате вулканизма. [15]
8 марта 1979 года, через три дня после прохождения Юпитера, «Вояджер-1» сделал снимки спутников Юпитера, чтобы помочь диспетчерам миссии определить точное местоположение космического корабля. Этот процесс называется оптической навигацией. Обрабатывая изображения Ио, чтобы улучшить видимость звезд на заднем плане, навигационный инженер Линда Морабито обнаружила вдоль его края облако высотой 300 километров (190 миль). [1] Сначала она подозревала, что это облако — это луна позади Ио, но в этом месте не было тела подходящего размера. Было установлено, что это шлейф, образовавшийся в результате активного вулканизма в темной депрессии, позже названной Пеле . [16] После этого открытия на изображениях Ио , сделанных "Вояджером" , были обнаружены еще восемь шлейфов . Эти шлейфы позже были названы в честь мифологических божеств, связанных с огнем, вулканами или хаосом: Локи (два отдельных шлейфа), Прометей , Велунд, Амирани , Мауи , Мардук и Масуби . [12] : 13 Также было обнаружено тепловое излучение от нескольких источников, свидетельствующее о остывающей лаве. [17] Изменения поверхности наблюдались, когда изображения, полученные «Вояджером-2», сравнивались с изображениями, полученными четырьмя месяцами ранее « Вояджером-1» , включая новые отложения шлейфа в Атен-Патера и Сурт . [18]
Основным источником внутреннего тепла Ио являются приливные силы , создаваемые гравитационным притяжением Юпитера. [3] Этот внешний нагрев отличается от внутреннего источника тепла при вулканизме на Земле, который является результатом распада радиоактивного изотопа и остаточного тепла от аккреции . [4] [19] На Земле эти внутренние источники тепла вызывают мантийную конвекцию , которая, в свою очередь, вызывает вулканизм через тектонику плит . [20]
Приливный нагрев Ио зависит от ее расстояния от Юпитера, эксцентриситета орбиты , состава ее внутренней части и ее физического состояния. [21] Орбитальный резонанс Лапласа с Европой и Ганимедом поддерживает эксцентриситет Ио и не позволяет приливной диссипации внутри Ио превратить ее орбиту в круговую . Эксцентриситет приводит к вертикальным различиям в приливной выпуклости Ио на целых 100 метров (330 футов), поскольку гравитационное притяжение Юпитера варьируется между точками периапсиса и апоапсиса на орбите Ио. Это изменяющееся приливное притяжение также вызывает трение внутри Ио, достаточное, чтобы вызвать значительный приливный нагрев и таяние. В отличие от Земли, где большая часть внутреннего тепла выделяется за счет проводимости через кору, на Ио внутреннее тепло выделяется в результате вулканической активности и генерирует высокий тепловой поток спутника (общая глобальная мощность: 0,6–1,6 × 10 14 Вт ). Модели ее орбиты предполагают, что степень приливного нагрева внутри Ио меняется со временем и что текущий тепловой поток не является репрезентативным для долгосрочного среднего показателя. [21] Наблюдаемое выделение тепла из недр Ио превышает оценки количества, выделяемого в настоящее время в результате приливного нагрева, что позволяет предположить, что Ио охлаждается после периода большего изгибания. [22]
Анализ изображений «Вояджера» привел учёных к выводу, что потоки лавы на Ио состояли в основном из различных форм расплавленной элементарной серы. [23] Было обнаружено, что окраска потоков аналогична окраске различных аллотропов. Различия в цвете и яркости лавы зависят от температуры многоатомной серы, а также от упаковки и связи ее атомов. Анализ потоков, исходящих из Ра Патера, выявил материалы разного цвета, все связанные с жидкой серой, на разных расстояниях от жерла: темный материал с альбедо вблизи жерла при 525 К (252 ° C; 485 ° F), красный материал в центральной части каждого потока при 450 К (177 ° C; 350 ° F) и оранжевый материал на самых дальних концах каждого потока при 425 К (152 ° C; 305 ° F). [23] Этот цветовой рисунок соответствует потокам, исходящим из центрального отверстия и охлаждающимся по мере удаления лавы от него. Кроме того, измерения температуры теплового излучения на Локи Патера , выполненные с помощью инфракрасного интерферометра-спектрометра и радиометра (IRIS) космического корабля "Вояджер-1" , согласуются с серным вулканизмом. [17] Однако прибор IRIS не был способен обнаруживать длины волн, которые указывают на более высокие температуры. Это означало, что «Вояджером» не были обнаружены температуры, соответствующие силикатному вулканизму . Несмотря на это, ученые "Вояджера" пришли к выводу, что силикаты должны играть роль в молодости Ио из-за его высокой плотности и необходимости силикатов поддерживать крутые склоны вдоль стен патеры. [24] Противоречие между структурными данными и спектральными и температурными данными, полученными после пролетов «Вояджера» , привело к дебатам в планетарном научном сообществе относительно состава потоков лавы Ио, состоят ли они из силикатных или сернистых материалов. [25]
Наземные инфракрасные исследования в 1980-х и 1990-х годах сместили парадигму с преимущественно серного вулканизма на ту, где доминирует силикатный вулканизм, а сера играет второстепенную роль. [25] В 1986 году измерения яркого извержения на ведущем полушарии Ио показали температуру не менее 900 К (600 °C; 1200 °F). Это выше, чем температура кипения серы (715 K или 442 ° C или 827 ° F), что указывает на силикатный состав, по крайней мере, некоторых потоков лавы Ио. [26] Подобные температуры также наблюдались при извержении Сурта в 1979 году между двумя встречами «Вояджера» , а также при извержении, наблюдавшемся Виттеборном и его коллегами в 1978 году . [14] [27] Кроме того, моделирование потоков силикатной лавы на Ио показало, что они быстро охлаждались, в результате чего в их тепловом излучении преобладали компоненты с более низкой температурой, такие как затвердевшие потоки, в отличие от небольших участков, покрытых все еще расплавленной лавой, вблизи фактической температуры извержения. [28]
Силикатный вулканизм, включающий базальтовую лаву с составом от основного до ультраосновного ( богатого магнием ), был подтвержден космическим кораблем Галилео в 1990-х и 2000-х годах на основе измерений температуры в многочисленных горячих точках Ио, мест, где обнаружено тепловое излучение, а также на основе спектральных измерений Ио. темный материал. Измерения температуры с помощью твердотельного формирователя изображения (SSI) и картографического спектрометра ближнего инфракрасного диапазона (NIMS) компании Galileo выявили многочисленные горячие точки с высокотемпературными компонентами в диапазоне от как минимум 1200 К (900 °C; 1700 °F) до максимума 1600 К (1300 °C; 2400 °F), как при извержении Пиллан-Патера в 1997 году. [5] Первоначальные оценки в ходе миссии Галилео предполагают, что температура извержения приближается к 2000 К (1700 °C; 3100 °F) [29 ] с тех пор оказались завышенными, поскольку для расчета температур использовались неправильные тепловые модели. [5] Спектральные наблюдения темного материала Ио позволили предположить наличие ортопироксенов , таких как энстатит , которые представляют собой богатые магнием силикатные минералы, распространенные в основных и ультраосновных базальтах. Этот темный материал можно увидеть в вулканических ямах, свежих потоках лавы и пирокластических отложениях, окружающих недавние взрывные извержения вулканов. [30] Судя по измеренной температуре лавы и спектральным измерениям, некоторые из лав могут быть аналогичны земным коматиитам . [31] Перегрев при сжатии, который может повысить температуру магмы во время подъема на поверхность во время извержения, также может быть фактором некоторых высокотемпературных извержений. [5]
Хотя измерения температуры вулканов Ио разрешили споры о серене и силикатах, которые продолжались между миссиями «Вояджер» и «Галилео» на Юпитере, сера и диоксид серы по-прежнему играют значительную роль в явлениях, наблюдаемых на Ио. Оба материала были обнаружены в шлейфах вулканов Ио, причем сера является основным компонентом шлейфов типа Пеле. [32] Яркие потоки были обнаружены на Ио, например, в Цуи-Гоаб-Флуктус, Эмаконг-Патера и Бальдер-Патера, что указывает на излияние серы или сернистого вулканизма. [33]
Наблюдения Ио с помощью космических аппаратов и наземных астрономов привели к выявлению различий в типах извержений, наблюдаемых на спутнике. Выделены три основных типа извержений: внутрипатера , потоковые и взрывные извержения. Они различаются по продолжительности, выделяемой энергии, яркостной температуре (определяемой по инфракрасным изображениям), типу потока лавы и тому, заключен ли он в пределах вулканических ям. [6]
Извержения внутри патер происходят в вулканических депрессиях , известных как патеры , [34] которые обычно имеют плоское дно, ограниченное крутыми стенами. Патеры напоминают земные кальдеры , но неизвестно, образуются ли они при обрушении пустой магматической камеры, как их земные собратья. Одна из гипотез предполагает, что они образуются в результате эксгумации вулканических подоконников , при этом вышележащий материал либо выбрасывается, либо интегрируется в подоконник. [35] Некоторые патеры демонстрируют свидетельства множественных обрушений, подобных кальдерам на вершине Олимпа на Марсе или Килауэа на Земле, что позволяет предположить, что они могут иногда образовываться как вулканические кальдеры. [34] Поскольку механизм образования все еще неясен, общий термин для этих особенностей использует латинский дескрипторный термин, используемый Международным астрономическим союзом при их названии, paterae . В отличие от аналогичных образований на Земле и Марсе, эти впадины обычно не лежат на вершинах щитовых вулканов и имеют больший размер, средний диаметр 41 километр (25 миль). [34] Глубина патер была измерена лишь для нескольких патер и обычно превышает 1 км. [36] Самая большая вулканическая депрессия на Ио — Локи Патера , шириной 202 километра (126 миль). Каким бы ни был механизм формирования, морфология и распределение многих патер позволяют предположить, что они структурно контролируются и, по крайней мере, наполовину ограничены разломами или горами. [34]
Этот стиль извержения может принимать форму либо потоков лавы, распространяющихся по дну патер, либо лавовых озер . [2] [37] За исключением наблюдений Галилея во время его семи близких пролетов, может быть трудно отличить лавовое озеро от извержения потока лавы на дне патеры из-за недостаточного разрешения и аналогичных характеристик теплового излучения. Извержения потоков лавы внутри патеры, такие как извержение Гиш-Бар-Патера в 2001 году, могут быть столь же масштабными, как и те, которые наблюдаются на Ионических равнинах. [37] Потокоподобные особенности также наблюдались в ряде патер, таких как Патера Камаштли, что позволяет предположить, что потоки лавы периодически вновь выходят на поверхность их пола. [38]
Ионические лавовые озера представляют собой впадины, частично заполненные расплавленной лавой, покрытые тонкой затвердевшей коркой. Эти лавовые озера напрямую связаны с резервуаром магмы, лежащим внизу. [39] Наблюдения за тепловым излучением в нескольких ионических лавовых озерах показывают светящуюся расплавленную породу вдоль края патеры, вызванную разрушением коры озера по краю патеры. Со временем, поскольку затвердевшая лава плотнее, чем все еще расплавленная магма внизу, эта кора может обрушиться, что приведет к увеличению теплового излучения вулкана. [40] В некоторых лавовых озерах, таких как озеро Пеле, это происходит постоянно, что делает Пеле одним из самых ярких излучателей тепла в ближнем инфракрасном спектре на Ио. [41] На других объектах, например, в Локи Патера, это может происходить эпизодически. Во время эпизода опрокидывания в этих более спокойных лавовых озерах волна тонущей коры распространяется по патере со скоростью около 1 километра (0,6 мили) в день, а за ней формируется новая корка, пока все озеро не выйдет на поверхность. Другое извержение начнется только после того, как новая кора остынет и утолщится настолько, что больше не сможет плавать над расплавленной лавой. [42] Во время опрокидывания Локи может излучать в десять раз больше тепла, чем когда его кора стабильна. [43]
Извержения с преобладанием потоков — это долгоживущие события, в результате которых образуются обширные сложные потоки лавы. Протяженность этих потоков делает их основным типом местности на Ио. При этом типе извержения магма выходит на поверхность из отверстий на дне патер, жерл, окружающих патеры, или из трещин на равнинах, образуя надутые сложные потоки лавы, подобные тем, которые наблюдаются в Килауэа на Гавайях. [38] Снимки космического корабля «Галилео» показали, что многие из основных потоков Ио, например, в Прометее и Амирани , образуются в результате накопления небольших прорывов лавы поверх более старых потоков. [38] Извержения с преобладанием потока отличаются от извержений с преобладанием взрывов своей продолжительностью и меньшим выходом энергии в единицу времени. [6] Лава извергается с постоянной скоростью, а извержения с преобладанием потока могут длиться годами или десятилетиями.
Поля активных потоков длиной более 300 километров (190 миль) наблюдались на Ио в Амирани и Масуби. Относительно неактивное поле потока под названием Лей-Кунг Флуктус занимает площадь более 125 000 квадратных километров (48 000 квадратных миль), что немного больше площади Никарагуа . [44] Толщина полей течения не была определена Галилеем, но отдельные прорывы на их поверхности, вероятно, имеют толщину 1 м (3 фута). Во многих случаях активные прорывы лавы изливаются на поверхность в точках в десятках и сотнях километров от жерла источника, при этом между ним и прорывом наблюдается небольшое тепловое излучение. Это говорит о том, что лава течет по лавовым трубкам от источника к прорыву. [45]
Хотя эти извержения обычно имеют постоянную скорость извержения, на многих участках извержений, где преобладают потоки, наблюдались более крупные выбросы лавы. Например, передний край поля потока Прометея сместился на 75–95 километров (от 47 до 59 миль) между наблюдениями « Вояджера» в 1979 году и «Галилео» в 1996 году. эти составные поля потоков намного больше, чем то, что наблюдается при аналогичных современных потоках лавы на Земле. Средняя скорость покрытия поверхности 35–60 квадратных метров (380–650 квадратных футов) в секунду наблюдалась в Прометее и Амирани во время миссии Галилео по сравнению с 0,6 квадратных метра (6,5 квадратных футов) в секунду в Килауэа. [47]
Извержения , в которых преобладают взрывы , являются наиболее выраженными из стилей извержений Ио. Эти извержения, иногда называемые «вспышками» извержений из-за их обнаружения на Земле, характеризуются кратковременностью (всего несколько недель или месяцев), быстрым началом, большими объемными скоростями потока и высоким тепловым излучением. [48] Они приводят к кратковременному значительному увеличению общей яркости Ио в ближнем инфракрасном диапазоне. Самым мощным извержением вулкана, наблюдавшимся на Ио, было «взрывное» извержение на Сурте , наблюдавшееся наземными астрономами 22 февраля 2001 года. [49]
Извержения с преобладанием взрывов происходят, когда тело магмы (называемое дайкой ) из глубины частично расплавленной мантии Ио достигает поверхности через трещину. Это приводит к захватывающему зрелищу фонтанов лавы . [50] В начале вспышки извержения в тепловом излучении преобладает сильное инфракрасное излучение с длиной волны 1–3 мкм . Он производится большим количеством обнаженной свежей лавы в фонтанах у источника извержения. [51] Вспышки извержений в Тваштаре в ноябре 1999 и феврале 2007 года были сосредоточены на лавовом «занавесе» длиной 25 километров (16 миль) и высотой 1 километр (0,62 мили), образовавшемся в небольшой патере, расположенной внутри более крупного комплекса Тваштар Патер. [50] [52]
Большое количество обнаженной расплавленной лавы в этих лавовых фонтанах предоставило исследователям лучшую возможность измерить фактическую температуру ионической лавы. При таких извержениях преобладают температуры, указывающие на ультраосновной состав лавы, подобный докембрийским коматиитам (около 1600 К или 1300 °C или 2400 °F), хотя перегрев магмы во время подъема на поверхность нельзя исключать как фактор высокие температуры извержения. [5]
Хотя более взрывная стадия фонтанирования лавы может длиться всего от нескольких дней до недели, извержения с преобладанием взрывов могут продолжаться от недель до месяцев, образуя большие объемные потоки силикатной лавы. Крупное извержение 1997 года из трещины к северо-западу от Пиллан-Патера произвело более 31 кубического километра (7,4 кубических миль) свежей лавы за 2 года .+1 ⁄ 2 – до 5+Полтора месяца , а затем затопило пол Пиллан Патера . [53] Наблюдения Галилея показывают, что во время извержения 1997 года скорость покрытия лавой в Пиллане составляла от 1000 до 3000 квадратных метров (от 11 000 до 32 000 квадратных футов) в секунду. Было обнаружено, что поток Пиллана имеет толщину 10 м (33 фута) по сравнению с потоками толщиной 1 м (3 фута), наблюдаемыми на надутых полях в Прометее и Амирани. Подобные быстро распространяющиеся потоки лавы наблюдались Галилеем в Торе в 2001 году. [2] Такие скорости потока аналогичны тем, которые наблюдались при извержении Лаки в Исландии в 1783 году и при наземных паводковых извержениях базальтов. [6]
Извержения, в которых преобладают взрывы, могут вызывать резкие (но часто кратковременные) изменения поверхности вокруг места извержения, такие как крупные пирокластические и плюмовые отложения, образующиеся при выделении газа из лавовых фонтанов. [51] Извержение Пиллана в 1997 году привело к образованию отложений темного силикатного материала и яркого диоксида серы шириной 400 км (250 миль). [53] Извержения Тваштара в 2000 и 2007 годах породили шлейф высотой 330 км (210 миль), который образовал кольцо красной серы и диоксида серы шириной 1200 км (750 миль). [54] Несмотря на драматический вид этих особенностей, без постоянного пополнения запасов материала, окрестности жерла часто возвращаются к своему виду до извержения в течение месяцев (в случае Гриан Патера) или лет (как в Пиллан Патера). [8]
Открытие вулканических шлейфов на Пеле и Локи в 1979 году предоставило убедительные доказательства того, что Ио был геологически активным. [1] Обычно шлейфы образуются, когда летучие вещества, такие как сера и диоксид серы, выбрасываются в небо из вулканов Ио со скоростью, достигающей 1 километра в секунду (0,62 мили/с), создавая зонтикообразные облака газа и пыли. Дополнительные материалы, которые могут быть обнаружены в вулканических шлейфах, включают натрий , калий и хлор . [55] [56] Несмотря на поразительный внешний вид, вулканические шлейфы встречаются относительно редко. Из примерно 150 действующих вулканов, наблюдаемых на Ио, шлейфы наблюдались только в паре десятков из них. [7] [52] Ограниченная площадь потоков лавы Ио позволяет предположить, что большая часть шлифовки, необходимой для стирания записей о кратерах Ио, должна происходить из отложений шлейфов. [8]
Наиболее распространенным типом вулканических шлейфов на Ио являются пылевые шлейфы, или шлейфы типа Прометея, образующиеся, когда наступающие потоки лавы испаряют лежащий под ним иней из диоксида серы, отправляя материал в небо. [57] Примеры шлейфов типа Прометея включают Прометей , Амирани , Замаму и Масуби . Эти шлейфы обычно имеют высоту менее 100 километров (62 миль) и скорость извержения около 0,5 километра в секунду (0,31 мили/с). [58] Шлейфы типа «Прометей» богаты пылью, имеют плотное внутреннее ядро и верхнюю ударную зону , что придает им вид зонтика. Эти шлейфы часто образуют яркие круглые отложения радиусом от 100 до 250 километров (от 62 до 155 миль) и состоят в основном из инея из диоксида серы. Шлейфы типа Прометея часто наблюдаются при извержениях с преобладанием потока, что помогает сделать этот тип шлейфа довольно долгоживущим. Четыре из шести шлейфов типа «Прометей», наблюдавшихся «Вояджером-1» в 1979 году, также наблюдались во время миссии « Галилео » и « Новых горизонтов» в 2007 году . [16] [52] Хотя шлейф пыли можно ясно увидеть на освещенных солнцем изображениях видимого света Многие шлейфы типа Прометея, полученные пролетом космического корабля, имеют внешний ореол из более слабого, более богатого газом материала, достигающий высоты, приближающейся к высоте более крупных шлейфов типа Пеле. [7]
Самые большие шлейфы Ио, шлейфы типа Пеле, образуются, когда сера и газообразный диоксид серы выделяются из извергающейся магмы в жерлах вулканов или лавовых озерах, неся с собой силикатный пирокластический материал . [7] [59] Несколько наблюдавшихся шлейфов типа Пеле обычно связаны с извержениями, в которых преобладают взрывы, и являются недолговечными. [6] Исключением является Пеле , который связан с длительным активным извержением лавового озера, хотя считается, что шлейф носит прерывистый характер. [7] Более высокие температуры и давление в жерлах, связанные с этими шлейфами, приводят к скорости извержений до 1 километра в секунду (0,62 мили/с), что позволяет им достигать высоты от 300 до 500 километров (190 и 310 миль). [58] Шлейфы типа Пеле образуют красные (из короткоцепочечной серы) и черные (из силикатной пирокластики) поверхностные отложения, включая большие красные кольца шириной 1000 километров (620 миль), как это видно в Пеле. [8] Считается, что извержения сернистых компонентов шлейфов типа Пеле являются результатом избыточного количества серы в коре Ио и снижения растворимости серы на больших глубинах в литосфере Ио . [59] Они, как правило, слабее, чем шлейфы типа «Прометей», из-за низкого содержания пыли, поэтому некоторые из них называются невидимыми шлейфами. Эти шлейфы иногда можно увидеть только на изображениях, полученных в то время, когда Ио находится в тени Юпитера , или на фотографиях, сделанных в ультрафиолете . Небольшая пыль, которая видна на изображениях, освещенных солнцем, образуется, когда сера и диоксид серы конденсируются, когда газы достигают вершины своих баллистических траекторий. [7] Вот почему в этих шлейфах отсутствует плотный центральный столб, наблюдаемый в шлейфах типа Прометей, в которых пыль генерируется в источнике шлейфа. Примеры шлейфов типа Пеле наблюдались в Пеле, Тваштаре и Гриане. [7]
