炽热系外类地行星上的地幔对流、板块构造与火山活动

最近发现的近距离轨道上的系外行星应具有数百至数千 K 的表面温度。它们很可能被潮汐锁定并围绕其母星同步旋转，且如果缺乏大气层，其永久白昼侧与黑夜侧之间将存在数百至数千 K 的表面温度差异。我们利用具有复合粘性/伪塑性流变学的地幔对流数值模拟，研究了升高的表面温度和强烈的表面温度差异对类地质量行星的 (i) 地幔对流模式、(ii) 构造体制以及 (iii) 部分熔融的速率和分布的影响。我们的模拟表明，如果一颗近距离的岩石系外行星缺乏大气层来重新分配热量，则大于约 400 K 的表面温度差异可以维持一种非对称的 1 阶地幔对流模式，其中行星表面优先向寒冷黑夜侧的俯冲带运动。行星表面呈现出半球二分性，黑夜侧具有类板块构造，而白昼侧则是一个持续演化的活动盖层，具有弥漫性表面变形和强烈的火山活动。如果火山排气作用建立起大气层并重新分配热量，则板块构造在全球范围内被弥漫性表面变形所取代，火山活动加速并更均匀地分布在整个行星表面。