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热疲劳是小行星风化层的成因

自然体积508，页面233 - 236 (2014）引用本文

主题

摘要

太空任务1，2热红外观测3.已经表明，小型小行星(公里大小或更小)被一层厘米大小或更小的颗粒所覆盖，这些颗粒构成了风化层。传统上，风化层的产生归因于撞击抛射物的回落和微流星体撞击造成的巨石破碎4，5．实验室实验6以及影响模型4然而，研究表明，陨石坑喷出物的速度通常大于每秒几十厘米，这与千米大小的小行星的引力逃逸速度相对应。因此，撞击碎片不可能是小型小行星上风化层的主要来源4．在这里我们报告热疲劳7，8，9这是一种岩石风化和破碎的机制，没有随后的喷射，是控制小型小行星上风化层生成的主要过程。我们发现，由日温度变化引起的热破碎比微流星体撞击更快地破坏了几厘米以上的岩石。由于热破碎与小行星大小无关，这一过程也有助于较大小行星上的风化层产生。来自热疲劳破碎的新鲜风化层的产生可能是近地小行星表面恢复活力的一个重要过程，并可能解释所观察到的低近日点，碳质，近地小行星的缺乏10．

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图1:在小行星上打破岩石所需的时间。
图2:由于实验室温度循环，陨石中的裂纹扩展。
图3:实验室中来自Murchison的风化层形成。

参考文献

  1. Veverka, J.等人。NEAR-Shoemaker宇宙飞船在爱神星433号上着陆。自然413， 390-393 (2001)

    文章广告中科院谷歌学者

  2. 矢野，H.等。隼鸟号宇宙飞船在伊藤川的缪斯海着陆。科学312， 1350-1353 (2006)

    文章广告中科院谷歌学者

  3. Gundlach, B. & Blum, J.一种确定行星风化层粒度的新方法。伊卡洛斯223， 479-492 (2013)

    文章广告谷歌学者

  4. 胡森，K. R.，威尔肯宁，L. L.，查普曼，C. R. &格林伯格，R.小行星风化岩。伊卡洛斯39， 317-351 (1979)

    文章广告谷歌学者

  5. Hörz, F. & Cintala, M.与行星风化层演化相关的撞击实验。Meteorit。星球。科学。32， 179-209 (1997)

    文章广告谷歌学者

  6. 豪森，K. R. & Holsapple, K. A.陨石坑喷出物。伊卡洛斯211， 856-875 (2011)

    文章广告谷歌学者

  7. McFadden, L.， Eppes, M.， Gillespie, A. & Hallet, B.干旱景观中由于太阳加热方向日变化的物理风化。青烟。Soc。点。公牛。117， 161-173 (2005)

    文章广告谷歌学者

  8. Luque, A.， Ruiz-Agudo, E.， Cultrone, G.， Sebastián, E. & Siegesmund, S.对热风化引起的大理石微裂纹发展的直接观察。环绕。地球科学。62， 1375-1386 (2011)

    文章谷歌学者

  9. Viles, H.等人。热循环模拟火星和地球玄武岩风化作用。地球物理学。卷。37， l18201 (2010)

    文章广告MathSciNet谷歌学者

  10. Mainzer, A.等人。用NEOWISE描述近地天体内的亚群:初步结果。12,54。J。752， 110-126 (2012)

    文章广告谷歌学者

  11. 米歇尔，P. &理查德森，d.c.碰撞和引力再积累:小行星Itokawa的可能形成机制。阿斯特朗。12,54。554， l1 (2013)

    文章广告谷歌学者

  12. 霍尔兹，F.，施耐德，E.，高尔特，D. E.，哈东，J. B. &布朗利，D. E.月球岩石的灾难性破裂:蒙特卡洛模拟。月亮13， 235-258 (1975)

    文章广告谷歌学者

  13. Nesvorný， D.等。黄道带云和碳质微陨石的彗星起源。对热碎片盘的影响。12,54。J。713， 816-836 (2010)

    文章广告谷歌学者

  14. Briani, G.， Morbidelli, A.， Gounelle, M. & Nesvorný， D.从碳质微捕集体动力学演化模拟中小行星-彗星连续体的证据。Meteorit。星球。科学。46， 1863-1877 (2011)

    文章广告中科院谷歌学者

  15. 斯宾塞，J. R.， Lebofsky, L. A. & Sykes, M. V.辐射测量直径测定中的系统偏差。伊卡洛斯78， 337-354 (1989)

    文章广告谷歌学者

  16. Čapek, D. & Vokrouhlický， D.小流星体的热应力。阿斯特朗。12,54。519， a75 (2010)

    文章广告谷歌学者

  17. 杨森，M.， Zuidema， & Wanhill, R.。断裂力学第2版，207-213 (Spon, 2004)

    谷歌学者

  18. Marchi, S.， Magrin, S.， Nesvorný， D.， Paolicchi, P. & Lazzarin, M.行星穿越小行星的光谱斜率与近日点距离相关性。Mon。。r·阿斯特朗。Soc。列托人。368， l39-l42 (2006)

    文章广告谷歌学者

  19. Marchi, S.， Delbo, M.， Morbidelli, A.， Paolicchi, P. & Lazzarin, M.近地物体和流星体由于接近太阳而加热。Mon。。r·阿斯特朗。Soc。400， 147-153 (2009)

    文章广告谷歌学者

  20. 朱威特，D.活跃的小行星。阿斯特朗。J。143， 66-80 (2012)

    文章广告谷歌学者

  21. Opeil, c.p.， Consolmagno, G. J. & Britt, D. T.陨石的热导率:新的测量和分析。伊卡洛斯208， 449-454 (2010)

    文章广告中科院谷歌学者

  22. 米格利亚扎，M.费列罗，A. &斯帕诺利，A.卡拉拉大理岩在循环载荷作用下裂纹扩展的实验研究。Int。J.摇滚机甲。分钟。科学。48， 1038-1044 (2011)

    文章谷歌学者

  23. 克里斯滕森复合材料力学31-58(克里格，1979)

    谷歌学者

  24. 林卡，沈，G.模态裂纹权函数的普遍特征。Eng。打破。动力机械。40， 1135-1146 (1991)

    文章谷歌学者

  25. 苏雷什,S。材料疲劳第二版，505-507(剑桥大学出版社，1998)

    书谷歌学者

  26. 梅德韦杰夫，R. V.， Gorbatsevich, F. I. & Zotkin, I. T.石质陨石物理性质的测定与应用于其破坏过程的研究。Meteoritika44， 105-110 (1985)

    广告谷歌学者

  27. 陨石和行星际尘埃粒子的物理性质:有关流星及其母体性质的线索。地球与月球行星95， 361-374 (2004)

    文章广告中科院谷歌学者

  28. 温度、压力和成分:结构上类似的变量。理论物理。化学。矿工。1， 83-94 (1977)

    文章广告中科院谷歌学者

  29. Anderson, O.， Isaak, D. & Oda, H.高温下六种矿物的热弹性参数。j .地球物理学。Res。96， 18037-18046 (1991)

    文章广告中科院谷歌学者

  30. 铁榴石的高温结晶化学。点。矿物。60， 1092-1097 (1975)

    中科院谷歌学者

下载参考

确认

这项工作得到了法国国家研究机构(ANR)、Côte d’azur天文台(OCA)的BQR、尼斯-索菲亚安提波利斯大学、地球蓝色实验室和法国国家行星学计划(PNP)的支持。我们从与K. J.沃尔什和W. F.伯特克的讨论中受益。莫比德利(A. Morbidelli)帮助建立了动力学模型。M.莫姆尼，j - m。Hiver和G. Thomas帮助进行了实验、x射线断层扫描和早期数据分析。G.L.作为INSU-CNRS代表进行了部分工作。S.M.感谢来自NASA SSERVI的支持。S. Byrne的评论从根本上改进了这项工作。在OCA的CRIMSON集群上进行了计算和数据分析。

作者信息

作者及隶属关系

  1. 拉格朗日实验室，联合国国家科学研究中心，天文台Côte d 'Azur，天文台大道- cs 34229, 06304，法国尼斯Cedex 4，

    马可·德尔博，娜奥米·默多克和帕特里克·米歇尔

  2. Université de Lorraine, CRPG-CNRS, 15 Rue Notre-Dame des Pauvres, BP 20, 54501 Vandoeuvre les Nancy，法国，

    家伙Libourel

  3. 法国瓦尔邦，索菲娅-安提波利斯，Les Lucioles 1，爱因斯坦街250号，法国，实验室Géoazur，法国，

    Guy Libourel, Clément Ganino & Chrystele Verati

  4. 约翰霍普金斯大学极限材料研究所，拉特罗布122，北查尔斯街3400号，巴尔的摩市，马里兰州，21218

    贾斯汀·威尔克森和k·t·拉梅什

  5. 研究所Supérieur de l 'Aéronautique et de l 'Espace, 10 avenue Edouard-Belin, BP 54032, 31055 Toulouse Cedex 4，法国

    娜美

  6. 太阳系探索研究虚拟研究所，探索目标科学研究所，西南研究所，核桃街1050号，博尔德300套房，80302，美国科罗拉多州

    西蒙·马奇

作者
  1. 马可Delbo
    查看作者出版物

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  2. 家伙Libourel
    查看作者出版物

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  3. 贾斯汀•威尔克森
    查看作者出版物

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  4. 娜美
    查看作者出版物

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  5. 帕特里克·米歇尔
    查看作者出版物

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  6. 拉梅什
    查看作者出版物

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  7. 克莱门特Ganino
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  8. Chrystele Verati
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  9. 西蒙·马奇
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贡献

M.D.和S.M.启发了G.L.、c.g.、p.m.、C.V.和M.D.设计的实验室实验，g.l.n.m.和M.D.进行了实验，开发了裂缝体积和长度测量方法。N.M.和M.D.将该方法应用于实验数据。J.W.、K.T.R.和M.D.研究了主要由J.W.开发和使用的热力学模型。科学分析由M.D.指导，并与g.l.、p.m.、J.W.、K.T.R.和C.G.频繁讨论。计算机代码由M.D.、J.W.和N.M. M.D.开发，J.W.、g.l.、p.m.、N.M.、K.T.R.和C.G.共同起草手稿，所有作者都对其进行审查并对其最终形式做出贡献。

相应的作者

对应到马可Delbo或家伙Libourel．

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有相互竞争的经济利益。

扩展的数据图形和表格

扩展数据图1热疲劳实验室实验方案

我们放置Murchison和Sahara 97210样品∼1厘米大小，在气候室中，空气温度被迫遵循250到440 K之间的循环，周期为2.2小时。空气无水，压力为1巴。在温度循环开始前，陨石经x射线计算机断层扫描分析(t0)，经过76个循环后(t1)和407个循环后(t2)．从扫描，我们测量(方法)增加的体积和长度的裂缝作为函数的温度循环次数。

扩展数据图2小行星日表面温度随太阳距离的变化。

用小行星热物理模型计算了球状小行星赤道的温度15(方法)，假设热性能(扩展数据表1碳质球粒陨石(CM2 Cold-Bokkevel)和普通球粒陨石(H5 Cronstad)。小行星旋转周期设定为6小时。假设碳质球粒陨石的测热反照率为0.02，普通球粒陨石为0.1。

图3单个裂纹体积增长随温度循环次数的变化

一个默奇森;b，撒哈拉97210。统计误差为1σ并且通常比图形符号小。裂纹体积的测量方法中描述的步骤。裂纹被标记为相应感兴趣的体积的初始切片的值。如果使用相同的初始层析切片定义不同的感兴趣体积，则使用裂纹标签的最后一个字母来识别裂纹(例如Z387a, Z378b, Z378c)。

源数据

图4单个裂纹长度增长随温度循环次数的变化

一个默奇森;b，撒哈拉97210。统计误差为1σ．裂纹长度的测量方法。看到扩展数据图3用于裂纹标签。

源数据

图5无温度循环时无裂纹扩展

在没有温度循环的情况下，从气候室运输到计算机断层扫描仪的Murchison标本中单个裂缝的体积增长。统计误差为1σ．裂纹体积的测量方法中描述的步骤。我们进行了三次计算机断层扫描:扫描no。0(标签上的x轴)是在陨石样品上获得的，因为它是收到的;扫描不。1是在陨石从计算机断层扫描仪运输到气候室后进行的;然后扫描no。2是在第二次运输陨石后得到的。

源数据

扩展数据图6我们的微力学模型示意图。

一个，流程图;b，两尺度表示示意图(方法)。∂V物体的表面有体积吗V．以宏观点为中心的微观球形夹杂物x是嵌入在一个无限的，有效的均质矩阵中。一般的微观材料点位于一段距离y从位于。的离它最近的球形夹杂物的中心测量x．半径为球形的夹杂物rc都位于具有点阵参数的立方点阵的顶点上．

图7理论裂纹扩展与实测裂纹扩展的对比

裂纹大小显示为我们的模型预测的温度循环数量的函数，并与两个特定裂纹的实验数据进行了比较。主要情况:Murchison的0.76毫米和Sahara 97210的0.41毫米预先存在的裂缝起源于样品表面，逐渐通过各自的陨石传播。十字表示裂缝的长度与陨石直径相等;因此，会发生完全的碎片化。插图:模型与我们在相同的两个裂纹的实验中测量的长度增长的比较。

扩展数据图8本文模拟的岩石表层示意图。

该原理图的灵感来自图3ref。7．该层由不同大小的岩石组成。由于太阳日晒热量的变化，小行星表面的岩石受到时空温度梯度的影响。假定岩层的底部与足够深的基岩接触，从而具有恒定的温度。温度计算假设介质均匀(无岩石边界)。这可能是一个保守的近似值，因为岩石之间的空隙可能会由于热导率的降低而增强温度梯度。当模型开始时，所有岩石都有一个相同长度(30 μm)的表面裂缝，用细垂直线表示。这种大小的裂缝，类似于陨石的颗粒大小，很可能存在于小行星材料中。裂纹从上到下扩展。模拟裂纹扩展，直到裂纹达到岩石直径(穿透裂纹)，岩石被破碎成两块。 Rock survival times are shown in图1．

扩展数据图9模型对巴黎定律参数变化的敏感性。

星号表示中给出的参数标称值的模型结果扩展数据表1．一个，直径为1cm的岩石破碎前的温度循环次数是巴黎定律指数的函数，n．b，模型与实验裂纹扩展之间的差异，由方法中的式(4)定义为巴黎定律指数的函数。的标称值，模型与实验的差异约为20%C而且n．100%的差异在扩展数据图7．c，同一个，但在这里，直到岩石破碎的循环次数是巴黎定律因子的函数C．d，同b，但在这里，模型与实验裂纹扩展之间的差异被绘制为巴黎定律因子的函数C．

扩展数据表1本文所用材料的物理特性及默认值
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关于本文

引用本文

德尔波，M，利布雷尔，G，威尔克森，J。et al。热疲劳是小行星风化层的成因。自然508， 233-236(2014)。https://doi.org/10.1038/nature13153

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