stagnant-lid 超级地球的开脱气作用

我们探讨了具有不同内部结构、成分、热状态和年龄的纯岩石、 stagnant-lid（ stagnant-lid 指 stagnant-lid 体制）系外行星上的火山脱气作用。我们聚焦于质量范围为 1-8 ME（地球质量）的行星。我们推导了标度律，以量化这些参数在演化 45 亿年（4.5 Gyrs）后对火山脱气的一阶和二阶影响。鉴于超级地球常见的天体物理观测数据，我们采用贝叶斯推断建模确定了一系列可能的内部结构和成分。[..] 所确定的内部随后被用作二维（2-D）对流模型的输入，以研究 CO2 的部分熔融、耗尽和脱气速率。总体而言，我们为超过 2300 个不同超级地球情形的大规模集合建模了耗尽和脱气。我们发现存在一个脱气效率最高的质量范围（约 2–3 ME，取决于热状态），以及一个脱气变得非常低效的质量上限（约 5–7 ME，取决于热状态）。[..] 总之，耗尽和脱气主要受行星质量和热状态影响。内部结构和成分仅对脱气有中等程度影响。大部分脱气发生在 45 亿年之前，尤其是质量低于 3 ME 的行星。我们得出结论：对于 stagnant-lid 行星，(1) 与行星质量和热状态相比，成分和结构性质对脱气的影响为次要影响；(2) 证实了存在一个脱气效率最高的质量范围以及一个上限质量，超过该上限则不会发生显著脱气。我们预测的 CO2 大气质量趋势可通过系外行星的观测进行检验。这些发现及我们提供的标度律，是为 JWST 和 E-ELT 等旨在表征系外行星大气的即将到来的任务提供解释手段的重要一步。