Планетарные исследователи моделируют формирование ландшафта на спутнике Сатурна Титане

Помимо Земли и Марса, Титан является третьим планетарным телом в Солнечной системе, на котором имеются свидетельства наличия обширных и разнообразных осадочных сред, включая озера, реки, аллювиальные конусы выноса или дельты, эродированные долины, вырезанные плато и песчаные дюны. На Титане объемные твердые частицы (или отложения), вероятно, состоят из мелких зерен углеводородов и склонны к быстрому разложению в пыль. Однако тропические дюны Титана были активны на протяжении нескольких сотен тысяч лет, что позволяет предположить, что какой-то механизм должен производить частицы размером с песок на этих широтах. В новом исследовании планетологи из Стэнфордского университета и Лаборатории реактивного движения НАСА изучают гипотезу о том, что сочетание эрозии, когда песчинки переносятся ветром или метановыми реками, и спекания в состоянии покоя могут образовывать песчинки, сохраняющие равновесный размер. . Модель команды показывает, что сезонный перенос наносов может привести к образованию песка на Титане и может объяснить ландшафтное распределение Титана.

Этот вид Титана является одним из последних изображений, отправленных космическим кораблем НАСА «Кассини» на Землю перед тем, как погрузиться в атмосферу гигантской планеты. Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech/Институт космических наук.

«Наша модель добавляет объединяющую структуру, которая позволяет нам понять, как все эти осадочные среды взаимодействуют друг с другом», — сказал доктор Матье Лапутр, исследователь с факультета наук о Земле Стэнфордского университета.

«Если мы поймем, как различные части головоломки сочетаются друг с другом и их механизмы, 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 внешний вид. на жизнь на Титане».

Чтобы построить модель, которая могла бы имитировать формирование различных ландшафтов Титана, д-р Лапутер и его коллеги сначала должны были решить одну из самых больших загадок, касающихся отложений на теле планеты: как его основные органические соединения могли трансформироваться в зерна, образующие характерные структуры, а не просто разрушаются и развеиваются, как пыль?

На Земле силикатные породы и минералы на поверхности со временем размываются, превращаясь в зерна отложений, перемещаясь под действием ветра и ручьев и откладываясь в слоях отложений, которые в конечном итоге превращаются в горные породы.

Затем эти породы продолжают подвергаться процессу эрозии, и материалы перерабатываются через слои Земли в течение геологического времени.

Исследователи планет на Титане считают, что подобные процессы сформировали дюны, равнины и лабиринтную местность, видимую 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.

Ученые не смогли продемонстрировать, как эти органические соединения превращаются в осадочные зерна, которые можно транспортировать по лунным ландшафтам и в течение геологического времени.

«Когда ветер перемещает зерна, они сталкиваются друг с другом и с поверхностью», — сказал доктор Лапутер.

«Эти столкновения имеют тенденцию уменьшать размер гранул с течением времени».

«Чего нам не хватало, так это механизма роста, который мог бы сбалансировать это и позволить песчинкам сохранять постоянный размер с течением времени».

Авторы нашли ответ, изучив отложения на Земле, называемые ооидами, которые представляют собой небольшие сферические зерна, часто встречающиеся в мелководных тропических морях, таких как Багамские острова.

Примеси образуются, когда карбонат кальция вытягивается из водной толщи и осаждается слоями вокруг зерна, подобно кварцу.

Что делает червя уникальным, так это его образование в результате химического осаждения, которое способствует росту жира, в то время как одновременный процесс эрозии замедляет рост, поскольку гранулы разбиваются вместе волнами и штормами.

Эти два конкурирующих механизма уравновешивают друг друга с течением времени, чтобы сформировать постоянный размер зерен — процесс, который, как предполагают исследователи, может происходить и на Титане.

«Нам удалось разрешить парадокс, почему песчаные дюны существовали на Титане так долго, несмотря на то, что материал очень непрочный», — сказал доктор Лапутер.

«Мы предположили, что спекание, которое включает в себя сплавление соседних зерен в одно целое, может уравновесить эрозию, когда ветры перемещают зерна».

Спутники нашей Солнечной системы заполнены необычными пейзажами.  Однако иногда это выглядит немного более знакомо, как на этом новом радиолокационном изображении орбитального аппарата «Кассини».  На изображении видны темные полосы, вылепленные в песчаных дюнах, напоминающие те, которые мы могли бы найти на пляже на Земле, или разорванные плавными полосами в японском саду дзен, но на самом деле эта сцена происходит на Титане, спутнике Сатурна.  Пока наш песок состоит из силикатов,

Спутники нашей Солнечной системы заполнены необычными пейзажами. Однако иногда это выглядит немного более знакомо, как на этом новом радиолокационном изображении орбитального аппарата «Кассини». На изображении видны темные полосы, вылепленные в песчаных дюнах, напоминающие те, которые мы могли бы найти на пляже на Земле, или разорванные плавными полосами в японском саду дзен, но на самом деле эта сцена происходит на Титане, спутнике Сатурна. В то время как наш песок состоит из силикатов, «песок» этих экзотических дюн состоит из зерен органического вещества того же размера, что и пляжный песок. Небольшой размер и мягкость этих зерен означают, что плавные линии, вырезанные в дюнах, кажутся человеческому глазу темными. В то время как на предыдущих изображениях были обнаружены эти устрашающе знакомые узоры на песчаных дюнах Титана, это новое (цветное) изображение показывает их более подробно. Изображение получено радиолокационной картой Кассини 10 июля 2013 г. Вертикальный шов около центра является артефактом обработки данных радиолокационного изображения. Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech/Sci-News.com.

Вооружившись гипотезой образования отложений, ученые использовали существующие данные о климате Титана и направлении переноса наносов ветром, чтобы объяснить его отчетливые параллельные полосы геологических образований: дюны у экватора, равнины средних широт и лабиринтную местность у полюсов.

Атмосферные модели и данные миссии НАСА «Кассини» показывают, что ветры обычны вблизи экватора, что подтверждает идею о том, что там могут образовываться менее флоккулированные песчинки и, следовательно, более мелкие песчинки — важный компонент песчаных дюн.

Команда ожидает затишье в переносе наносов в средних широтах по обе стороны от экватора, где спекание может преобладать и создавать все более и более крупные зерна, в конечном итоге превращаясь в коренную породу, формирующую равнины Титана.

Песчинки также необходимы для формирования ландшафта лунного лабиринта вблизи полюсов.

Исследователи считают, что эти характерные породы могут быть похожи на карст в известняке на Земле, но на Титане они представляют собой обрушившиеся образования, состоящие из расплавленного органического песчаника.

Речной сток и ливни часто случаются вблизи полюсов, что повышает вероятность переноса отложений реками от ветра.

Подобный процесс спекания и соскабливания во время речного транспорта может обеспечить местный запас крупных песчинок – источника песчаников, которые, как считается, образуют рельеф лабиринта.

«Мы показываем, что на Титане у нас есть активный цикл осадконакопления, который может объяснить широтное распределение ландшафта посредством эпизодической эрозии и спекания в зависимости от сезонов Титана», — сказал доктор Лапутр.

«Здорово думать о том, как этот альтернативный мир существует до сих пор, где вещи очень разные, но очень похожие».

Результаты были опубликованы в журнале Письма о геофизических исследованиях.

_____

Мэтью Дж. А. Лапутр и другие. Роль сезонного переноса наносов и флокуляции в формировании ландшафта Титана: гипотеза. Письма о геофизических исследованиях, опубликовано в сети 1 апреля 2022 г .; дои: 10.1029/2021GL097605

Leave a Comment