Спутник Сатурна Титан очень похож на Землю из космоса, с реками, озерами и морями, наполненными дождем, падающим через плотную атмосферу. Хотя эти ландшафты могут показаться знакомыми, они состоят из материалов, которые, несомненно, отличаются друг от друга: потоки жидкого метана пронизывают ледяную поверхность Титана, а азотные ветры создают дюны из углеводородного песка.
Присутствие этих материалов, чьи механические свойства сильно отличаются от свойств веществ на основе силикатов, составляющих другие известные осадочные тела в нашей Солнечной системе, делает формирование ландшафта Титана загадочным. Определив процесс, который позволил бы веществам на основе углеводородов образовывать песчинки или коренные породы в зависимости от того, как часто дуют ветры и текут ручьи, геолог из Стэнфордского университета Матье Лапотр и его коллеги показали, как отдельные дюны, равнины и лабиринтные ландшафты Титана могут быть сформирован.
Титан, который является целью для исследования космоса из-за его потенциальной обитаемости, является единственным другим телом в нашей Солнечной системе, которое, как известно, сегодня имеет земной сезонный цикл транспортировки жидкости. Новая модель, опубликованная 25 апреля в журнале Geophysical Research Letters, показывает, как этот сезонный цикл управляет движением зерен по поверхности Луны.
"Наша модель добавляет унифицированную структуру, которая позволяет нам понять, как все эти осадочные среды взаимодействуют друг с другом", - сказал Лапотр, доцент геологических наук Стэнфордской школы наук о Земле, энергетике и окружающей среде (Stanford Earth).. «Если мы поймем, как различные части головоломки сочетаются друг с другом и их механику, тогда мы сможем начать использовать формы рельефа, оставленные этими осадочными процессами, чтобы сказать что-то о климате или геологической истории Титана - и о том, как они могут повлиять на перспективу. для жизни на Титане."
Отсутствующий механизм
Чтобы построить модель, которая могла бы имитировать формирование различных ландшафтов Титана, Лапотр и его коллеги сначала должны были решить одну из самых больших загадок об отложениях на планетарном теле: как его основные органические соединения, которые являются которые считаются гораздо более хрупкими, чем неорганические силикатные зерна на Земле - превращаются в зерна, которые образуют четкие структуры, а не просто изнашиваются и развеиваются, как пыль?
На Земле силикатные породы и минералы на поверхности со временем разрушаются, превращаясь в зерна отложений, перемещаясь под действием ветров и потоков и откладываясь в слои отложений, которые в конечном итоге - с помощью давления, грунтовых вод, а иногда и тепла - превращаются обратно в скалы. Затем эти породы проходят через процесс эрозии, и материалы перерабатываются через слои Земли в течение геологического времени.
На Титане исследователи считают, что подобные процессы сформировали дюны, равнины и лабиринтные ландшафты, видимые из космоса. Но в отличие от Земли, Марса и Венеры, где силикатные породы являются доминирующим геологическим материалом, из которого образуются отложения, считается, что отложения Титана состоят из твердых органических соединений. Ученым не удалось продемонстрировать, как эти органические соединения могут превращаться в зерна отложений, которые можно транспортировать по лунным ландшафтам и в течение геологического времени..
По мере того, как ветер переносит песчинки, песчинки сталкиваются друг с другом и с поверхностью. Эти столкновения имеют тенденцию уменьшать размер песчинок с течением времени. Чего нам не хватало, так это механизма роста, который мог бы уравновесить это и позволить песчинкам поддерживать стабильный размер во времени», - сказал Лапотр.
Инопланетный аналог
Исследовательская группа нашла ответ, изучив отложения на Земле, называемые ооидами, которые представляют собой маленькие сферические зерна, чаще всего встречающиеся в мелководных тропических морях, например, вокруг Багамских островов. Ооиды образуются, когда карбонат кальция вытягивается из водной толщи и прикрепляется слоями вокруг зерна, такого как кварц.
Что делает ооиды уникальными, так это их образование в результате химического осаждения, которое позволяет ооидам расти, в то время как одновременный процесс эрозии замедляет рост, поскольку зерна разбиваются друг о друга волнами и штормами. Эти два конкурирующих механизма уравновешивают друг друга с течением времени, чтобы сформировать частицы постоянного размера - процесс, который, как предполагают исследователи, может происходить и на Титане.
«Мы смогли решить парадокс того, почему на Титане так долго могли существовать песчаные дюны, несмотря на то, что материалы очень слабые, - сказал Лапотр. один кусок - может уравновесить истирание, когда ветер переносит зерна."
Глобальные пейзажи
Вооружившись гипотезой о формировании отложений, Лапотр и соавторы исследования использовали существующие данные о климате Титана и направлении переноса отложений ветром, чтобы объяснить отчетливые параллельные полосы геологических образований: дюны вблизи экватора, равнины в средних широтах и лабиринты у полюсов.
Атмосферное моделирование и данные миссии «Кассини» показывают, что ветры обычны вблизи экватора, что подтверждает идею о том, что там могут образовываться менее спекающиеся и, следовательно, мелкие песчинки - критический компонент дюн. Авторы исследования предсказывают затишье в переносе наносов в средних широтах по обе стороны от экватора, где может преобладать спекание и создавать все более и более крупные зерна, в конечном итоге превращаясь в коренную породу, из которой состоят равнины Титана..
Песчинки также необходимы для формирования лунных лабиринтных ландшафтов вблизи полюсов. Исследователи считают, что эти отчетливые утесы могут быть похожи на карсты в известняке на Земле, но на Титане они представляют собой обрушившиеся образования, состоящие из растворенных органических песчаников. Речной сток и ливни гораздо чаще случаются вблизи полюсов, поэтому наносы с большей вероятностью переносятся реками, чем ветром. Подобный процесс спекания и истирания во время речного транспорта мог обеспечить местный запас крупных зерен песка - источника песчаников, которые, как считается, составляют лабиринтные ландшафты.
Мы показываем, что на Титане - точно так же, как на Земле и как это имело место на Марсе - у нас есть активный цикл осадконакопления, который может объяснить широтное распределение ландшафтов посредством эпизодической абразии и спекания, вызываемых Титаном. времена года», - сказал Лапотр. «Очень увлекательно думать о том, что существует этот альтернативный мир, где все так по-разному, но так похоже».
Лапотр также является доцентом геофизики. Соавторы исследования из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL).