|
Моделирование формирования ландшафта на Титане
|
|
|
|
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 силиката, из которых состоят 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 сформировался.
|
|
|
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 объединяющую структуру, которая позволяет нам понять, как все эти осадочные среды работают вместе», — сказал Лапотр, доцент геологических наук Стэнфордской школы наук о Земле, энергетике и окружающей среде. «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. на жизнь 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, касающихся отложений на планетарном теле: как его основные органические соединения, которые, как считается, намного больше хрупкие, чем неорганические силикатные зерна на Земле, — превратиться в зерна, которые образуют отчетливые структуры, а не просто изнашиваются и развеиваются, как пыль? На Земле силикатные породы и минералы на поверхности со временем размываются, превращаясь в зерна отложений, перемещаясь под действием ветра и потоков и откладываясь в слоях отложений, которые в конечном итоге — с помощью давления, грунтовых вод, а иногда и тепла — снова превращаются в горные породы. Эти породы затем продолжают процесс эрозии, и материалы перерабатываются через слои Земли в течение геологического времени.
|
|
|
|
Исследователи считают, что на Титане аналогичные процессы сформировали дюны, равнины и лабиринты, 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. Ученые не смогли продемонстрировать, как эти органические соединения могут превращаться в зерна отложений, которые можно транспортировать по лунным ландшафтам в течение геологического времени. «По мере того, как ветер переносит песчинки, они 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 сохранять стабильный размер во времени", - сказал Лапотр.
|
|
|
|
Инопланетный аналог
|
|
|
|
Исследовательская группа нашла ответ, изучив отложения на Земле, называемые ооидами, которые представляют собой небольшие 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 со временем уравновешивают друг друга, формируя постоянный размер зерен — процесс, который, как предполагают исследователи, может происходить и на Титане. «Мы смогли решить парадокс, почему на Титане так долго могли существовать песчаные дюны, несмотря на то, что материалы очень непрочные, — сказал Лапотр. истирание, когда ветер переносит зерна».
|
|
|
|
Глобальные пейзажи
|
|
|
|
Вооружившись гипотезой образования отложений, Лапотр и соавторы исследования использовали существующие данные о климате Титана и направлении переноса отложений ветром, чтобы объяснить его отчетливые параллельные полосы геологических образований: дюны у экватора, равнины в середине широты и лабиринтные местности вблизи полюсов. Моделирование атмосферы 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 спекание может преобладать и создавать 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 на Марсе — у нас есть активный цикл осадконакопления, который может объяснить широтное распределение ландшафтов посредством эпизодической абразии и спекания, обусловленных сезонами Титана», — сказал Лапотр. . «Очень увлекательно думать о том, что этот альтернативный мир так далеко существует, где вещи такие разные, но такие похожие».
|
|
|
|
Источник
|
