Processes)Arising)From) Endogenic)Processes) • Exogenic)–)Processes)arising)from)outside) – Impact)cratering) – Micrometeorites) Karen)J.)Meech,)Astronomer) • Regolith) • Gardening) Institute)for)Astronomy) – Solar)wind)&)cosmic)rays) • Chemical)processing) ) • Endogenic)–)Processes)arising)from)inside) – Tectonic)–)crustal)deformation) – Volcanism) – Aeolian)–)wind)driven)(atmospheric))

Why)are)Endogenic)Processes)Important?) Volcanism)

• Expression)of)Planetary)cooling) • Heat)sources) – Gravitational)release)of)Energy:) accretion)from)collapse) – Differentiation)Energy)release) – Radioactive)decay) • Information)gained) • Why)does)it)matter)what)internal)processes)are)occurring)within) – Interior)composition)/)structure) a)planet?) – Atmospheric)formation) – Affects)atmosphere,))and)habitability) – Affects)chemistry)and)availability)of)energy)sources)for)life)

Causes)of)Volcanism) Types)of)Volcanism)

• Mid)Ocean)Ridges)(MOR))&)Rifts) • Material)melts)inside)Earth)at) – Discharge)from)spreading)centers) high)T) – Hydrothermal)vents) – Most)materials)expand)upon)melting) – Interesting)chemistry) – Magma)rises)through)cracks)in)crust) • Rift)systems:)Iceland,)Africa) • Eruption)type)depends)on:) – Flood)basalts) – Chemistry)–)viscosity),)gas)content) – Hot)spot)volcanos) – Geometry) – Planetary)mass) – Material)coming)from)deep)mantle) – Planetary)atmosphere) – Island)arc)volcanos) – Melting)at)subduction)zones) Volcanic Tectonics)–)Theory)of) Crustal)Deformation) Landforms • Cone volcano Alfred)Wegener)(1915))–)Continental)Drift) – Plates)–)(crust)&)upper)mantle))move)) – Sit)on)top)of)hotter)layers) – What)is)the)mechanism?) • Evidence) Shield volcano Volcanic Rift – Continental)outlines) Mid Oceanic ridge Flood Basalt Sinuous Rille – Similarity)of)plant)&)animals)

A)Theory)not)Accepted) Earth’s)Interior)Structure)

Crust: Ocean 6 km Lithosphere: crust • Interior)Information) Continent: 20-70 km & upper mantle Mantle

– Basics)in)1910)–)seismic)studies) Mantle – Density)changes) Crust 2900 km “In#1928,#at#a#meeting#in#Atlantic#City,#American#geologists,# Outer core Core • 3)Basic)Regions) 5178 km almost#to#a#man,#read#[Wegener]#out#of#the#company#of# Not to scale – Crust)(surface)) acceptable#thinkers……## 6378 km • Oceanic)&)Continental) To scale # – Mantle) Having#just#learned#to#live#with#the#abyss#of#time#[the# • 100)km)depth)rheology)change:))boundary)between) “ lithosphere)&)aesthenosphere) geologists]#were#not#yet#prepared#to#deal#with#the#uncertainty# – Core) of#drifting#continents# • Outer:))liquid),)Inner:)))Ni^Fe) Rheology – flow and deformation of matter

Plate) Energy)for)Tectonics) Boundaries)

ρ)=)Density) T)=)Temperature

Surface

• Mid)Ocean)ridges)–)MOR))(constructive)) ρ2 – Magma)from)astheosphere)forms)new)land) T2 – Mid)ocean)spreading)centers)–)ridge)crests)forced)apart) • Convection) by)magma) – If)ρo)<)ρ1)!)rises)

• Subduction)zones)(destructive)) – Density)decreases)as)rises) ρ1 > ρ2 – Collision)of)plates)–)one)slides)beneath)the)other)causing) – T)cools)as)it)rises) ρ T T > T melting) – ! 0 0 1 2 – Volcanic)Activity)&)Earthquakes) If)To)>)T2,)ρo)<)ρ2) )rise)continues) • Transform)faults)(conservative)) – Convection)Requires)steep)T)gradients) – Plates)in)tension)sliding)past)each)other) Deeper, hotter – Release)of)tension:))Earthquakes) Energy)for)Tectonics) Two)Different) Convergences)

ρ)=)Density) T)=)Temperature

Surface

ρ2

• Convection) T2 – If)ρ )<)ρ )!)rises) T o 1 ρ0 0 • Ocean)–)Continent)) – Density)decreases)as)rises) ρ1 > ρ2 – T)cools)as)it)rises) – Results)in)volcanism) T1 > T2 – If)To)>)T2,)ρo)<)ρ2)!)rise)continues) • Continent)–)Continent)) – Convection)Requires)steep)T)gradients) Deeper, hotter – Build)up)of)mountain)ranges)

Transform)Faults) • Plate)boundaries)

• Slippages)cm/yr)

• Motion)release)not)smooth)

• Few)106)yr)–)LA)will)be)an) island)near)SFO) • Volcanos)(black)) &)earthquakes) colored)by)depth)

• Subduction)/)Island)arcs) How)long)does)Hawai’i)Have?) – Associated)with)subduction) – Material)melts) – Most)explosive)!)natural)disasters)

• Pacific)covers)1/3)of)earth)

– 120o)latitude)

– 1/3)x)2)x)π)x)6378)=)13,358)km)

– Drift)rate:)10)cm)/)yr)=)10^4)km/yr)

– Time)=)13,358)km)/)10^4)=)130)Myr)

Mid Atlantic Ridge Proof)of)Sea)Floor)Spreading)

• Earth’s)Magnetic)(B))field) – Dipolar) – Originates)in)outer)core)from)plasma)motions) – A)moving)electric)field)generates)a)magnetic)field) – Extends)60,000)km)

) )

• Fluctuations) – Polarity)reversal)(duration)<)104)yr)) – Occur)~)0.1^0.7)Myr)apart) Curie)Temperatures) Planetary)Core)Comparisons)

• Composition) – Most)are)Ni^Fe) – Mars)is)Fe^S) • How)do)the)different)core)size)/)composition)affect)the)surface?) • Ferromagnetic)rocks) – Can)drive)heat)budget)!)tectonic)features,)volcanic)features) – Can)preserve)a)magnetic)field) – At)high)T:))thermal)E)of)electrons)resists) alignment)by)B)field)

Mineral( Formula( TCurie( – Cooling)through)Curie)T)–)B)field)freezes)) Magnetite) Fe3O4) 851) • MOR)Spreading) Hematite) Fe2O3) 948) – Earth’s)B)field)frozen)in) Iron)) Fe) 1043) – Discovered)in)1960 s)(Vine)&)Matthews)) Nickel) Ni) 510) ’

Tectonics)on)Mercury) Venus)Tectonics)

• Earth’s)Twin?) • )“Single)plate”)system) – No)plate)tectonics) • Lobate)scarps) – Atm)T)too)high)for)subduction) – Long)cliffs)–)100’s)km) • ΔT)not)large)enough) – Heights)100m^3)km) • Features) • Origins) – 1600)volcanic/tectonic) – Core)75%)diameter) – No)long)volcano)chains) – Planetary)shrinking)as)core) cools) – No)evidence)subduction) – No)rifts)like)MOR)

Lunar)Tectonics) Mars)Tectonics)

• Massive)evidence) – Mostly)from)uplift) – Fe^S)core)expands)upon)cooling) – No)compressional)features) – Valles)Marineris) – Tharsis)uplift) • History) – Late)bombardment)3.5)Gy) – Tectonic)crust)fracture) • Wrinkle)ridges) – Volcanic)emplacement) – Caused)by)cooling) – Uplift)in)Tharsis)–)extension) • Graben)(cracks)) – Recent)volcanism) – Tensional)stresses) Valles)Marineris)

Valles)Marineris)

Mars)Tectonic)Features) Mars)Tectonics)^)Catena)

• Graben)on)slopes)of)Alba) Patera)(volcano))

• Rifts)and)Graben) • Pit)depressions)in)cracks) – Extensional)features)–)cracks)) (catena))

Volcanism & Tectonics

Three#ways#for#a#planet#to#lose#heat:##conduc0on,#plate#tectonics,#hot#spot#volcanos

Lithospheric Lithospheric Conduction Conduction Earth:' Moon, Mercury Mars • Explosive)arc)volcano)eruptions) 5%#Hotspot# Venus – Varied)!)responsible)for)largest)disasters) 30%#Conduc0on# – Change)in)atmosphere)&)climate) 65%#Plate#tectonics# – Example:)Mt)St.)Helens) • Pinatubo)Philippines)6/15/91)) – “small”)eruption)–)affected)atm)dust)for)years) • Krakatau)Indonesia)1/1883,)Tambora)1815)–)) – largest)historical)Earth)eruptions) Io – Tsunami)kills)36,000)in)Java)

Plate Hot Spot Plate Hot Spot – 50)MTons)SO2)into)atm) Tectonics Volcanism Tectonics Volcanism – Dust)in)atm)2)yrs) Super)Volcanos) Yellowstone)Supervolcano)) ) • Historical) – One)of)the)world’s)largest)super)volcanos) –)a)hotspot) – 2)of)the)largest)N)America)eruptions)in) Pinutubo pyroclastic surge last)few)million)yrs) – There)will)be)another)eruption)–)although) not)likely)in)our)lifetime) • Pyroclastic)surges)) – Pressure)supporting)ash)column)drops)–) • Extremely)large)volcanic)output) avalanche) – Velocity)>)vsound) • Largest)in)last)20)million)years)–)Toba)(Indonesia)) – Mt.)St)Helens)radius)–)17)km,)) – Eruption)lasted)two)weeks) Yellowstone)–)80)km) – Created)an)ash)layer)3)m)deep)in)India) – Death)toll)likely)~87,000) – Created)a)cauldera)(lake))~80)km)long)

Yellowstone)Eruptions) • Spots)are)stationary) Hot)Spot)Volcanism) – Mantle)plumes) – Plates)slide)over)the)hot)spot) • Ash)cloud)–)death)500,000) – Model)fallout)in)few)days)reaches) – Massive)topographic)uplift) Europe) !)shield)volcano) – Ash)triggers)rain)!)mud)flows) (lahars)) • Hawaii^Emperor)chain)

• Release)of)F,)S)!)H2SO4)aerosols) – Meiji)75^80)Myr) Yellowstone ash fall 630,000 yr ago into)upper)atm) – Bend)43)Myr)ago) – Remain)for)years) – Opaque)to)visible)radiation) – Climate)change) – Greenland)cores)–)Toba)eruption)–) 9 2x10 )tons)H2SO4) – Decrease)cooling)by)12oC)for)a)few) years)(snow)in)summer)) – Tropics)down)by)15oC)!)no) monsoon)

Hawaiian)Volcanos) Iceland)

• Mauna)Loa) – 40,000)km3) – Last)erupted)in)1984) – Magma)chamber)is)4)km)thick,) extending)to)6)km)deep) – Magma)fed)from)60)km)below) • Mauna)Kea) – Began)800,000)yr)ago) – Most)recent)3500)(dormant)) • Located)on)Mid)ocean)ridge)(MOR)) • Loihi) • Surtsey)Island) – 28)km)SW)Kilauea) – – 969)m)below)sea)level) Eruptions)1963^1967) – Surface)in)few)x)104)yr) – 30)km)S)of)iceland) – Studies)for)biological)colonization) Thingvellir A)Visit)to)Surtsey) An)Astrobiologist)on)Surtsey)

Lunar)Volcanic) Volcanism)in)the)Solar)System) Landforms) • Moon) – 4.5)Gy)molten) – 4.3)Gy)only)small)subsurface)lens) of)magma) – 4.0)Gy)radioactive)heating)in) deep)mantle)!)basin)flooding) – 2.0)Gy)magma)too)deep)for) eruptions) • Mercury) – Intercrater)plains)!)like)maria) )

Volcanism)on)Mercury) Mercury)Extensional) Features)

• Features)seen)in)floor)of) Caloris)basin) • Troughs)radiate)from) materials)filling)in)floor) after)formation) • Impact)crater)~40)km) diameter) • Lg)crater)lower)left)–)230)km)diam,)85)km)crater)inside) Caloris)Basin)–)Mercury)–)1550)km) • Filled)with)fluid)material)(embaying)ejecta)of)sm)crater)) • Lg)crater)filled)to)rim)with)smooth)plains)volcanic)material) • Lobate)scarp)formed)later)–)cross)cutting)both)craters) • Ejecta)from)large)crater)at)top)came)later)

Venus)

• Radar)Images) – Shield)volcanos) – Few)impact)craters) – Domes) Cone volcanos Lava Flows – Coronae)(uplift)regions)) • Other)evidence)

– High)SO2)content) – Lightening;)radio) emission)

Sinuous rille Volcanic rift

Mars Olympus)Mons) Volcanism • “Hot)Spot”)volcanism) • Evidence)for)lack)of)plate) tectonics) • Largest)SS)volcano) • 2)volcanic)regions) – Tharsis,)Elysium) – 8000)km)in)diam)(25%)) – Broad)topographic)rise) • Origins) – Thick)lithosphere) – Mantle)convective) upwellings) Elysium)Mons) Calderas)

Mars:))Pavonis)Mons) Apollinaris)Patera)

" Mars Express image 5/23/06 " Mars Express image " 12 km high central shield volcano, 59 km lava tubes " Ancient 5km high shield volcano N of Gusev crater

Syrtis)Mons) Outer)Solar)System)Volcanos) Elysium Lava Tubes

• Io) • Triton) – Most)volcanically)active)body) – Cryovolcanism) in)Solar)System) – Nitrogen)plumes) – Plumes)300)km)over)horizon) – Energy)source)–)solar)heat) – E)source)–)friction)from)tidal) (like)a)comet)) stretching) Enceladus)

Volcanic Fire curtains Magma T: 1700-2000K Active region 25 km long, 1 km high Earth magma T: 1500K

Titan)Volcanic)Activity?) Cometary)Volcanos)–) Tempel)1?)

• Possible)hot)spot)–)warmer) • Pyroclastic)flow) than)the)local)surroundings) – Refractory)material)(rocks,) • Composition) debris))suspended)in)a)hot)gas) – On)Earth)–)volcanoes)are)made) flow) from)silicate^magma) – Forms)characteristic)delta) – On)Io)–)magma)enriched)in) – Steep)front)edge) sulfur) – Particle)size)“sorting”!)))flow) – These)may)be)due)to)methane) features) magma)

What)does)Tectonics)Tell)Us?) Conclusions)

• Controls)many)observable)features)

– Mountains)

– Ridges,)faults)

• Signs)of)internal)processes:)) Ganymede faulting • Volcanic)processes)are)a)result)of)escaping)heat) • mantle)convection)&)heat)flow) • Tectonics)are)a)result)of)heating,)cooling)and)subsequent)crustal) • Plays)a)role)in)habitability) movement) • Both)create)characteristic)landforms) – Cycling)of)volatiles) – Markers)of)interior)processes)

Miranda