Tytan to księżyc Saturna, który z kosmosu bardzo przypomina Ziemię i pod wieloma względami jest bardzo podobny do naszej planety. Jest jedynym księżycem w Układzie Słonecznym o gęstej atmosferze, która zapewnia szereg zjawisk pogodowych, jak zasilające rzeki i jeziora opady deszczu. Choć krajobrazy te mogą wyglądać znajomo, to składają się na nie materiały, które bez wątpienia są inne. Rzeki i jeziora wypełnia płynny metan a wiatry azotowe budują węglowodorowe wydmy.
Tytan jest jedynym ciałem w naszym Układzie Słonecznym, o którym wiadomo, że posiada podobny do ziemskiego sezonowy cykl transportu cieczy. Nowy model, opublikowany w czasopiśmie „Geophysical Research Letters” (DOI: 10.1029/2021GL097605) pokazuje, w jaki sposób ten sezonowy cykl napędza powstawanie wydm, równin i innych elementów krajobrazu Tytana.
Obecność takich materiałów jak płynny metan – których właściwości mechaniczne znacznie różnią się od właściwości substancji na bazie krzemianów, z których zbudowane są inne znane ciała w naszym Układzie Słonecznym – sprawia, że formowanie się krajobrazu Tytana jest zagadkowe. Badając proces, w wyniku którego substancje na bazie węglowodorów mogą tworzyć ziarna piasku lub skałę w zależności od siły wiatrów i przepływów strumieni, geolog z Uniwersytetu Stanforda Mathieu Lapôtre wraz z zespołem pokazali, w jaki sposób mogą powstawać charakterystyczne wydmy i równiny na Tytanie.
– Nasz model tworzy jednolite ramy, które pozwalają nam zrozumieć, jak wszystkie te środowiska sedymentacyjne współpracują ze sobą – powiedział Lapôtre, adiunkt nauk geologicznych w Stanford's School of Earth, Energy & Environmental Sciences. – Jeśli zrozumiemy, w jaki sposób poszczególne elementy układanki pasują do siebie i jaka jest ich mechanika, będziemy mogli zacząć wykorzystywać formy terenu pozostawione przez te procesy sedymentacyjne, aby powiedzieć coś o klimacie lub historii geologicznej Tytana i jak mogły one wpłynąć na perspektywę zaistnienia życia na Tytanie – dodaje naukowiec.
Krajobrazy Tytana
Aby zbudować model, który mógłby symulować powstawanie różnych krajobrazów Tytana, Lapôtre i jego koledzy musieli najpierw rozwiązać jedną z największych zagadek dotyczących osadów na tym księżycu Saturna: w jaki sposób podstawowe związki organiczne – które są znacznie bardziej kruche niż nieorganiczne ziarna krzemianowe na Ziemi – mogą przekształcić się w ziarna tworzące odrębne struktury, a nie tylko rozwiewające się na wietrze w postaci pyłu.
Na Ziemi skały krzemianowe i minerały z czasem przekształcają się w ziarna osadów, przenoszone przez wiatr i wodę. Potem trafiają do warstw osadowych, które w końcu – pod wpływem ciśnienia, a czasem ciepła – ponownie przekształcają je w skały. Następnie skały te kontynuują proces erozji, a materiały są ponownie przetwarzane i cały proces się powtarza.
Naukowcy uważają, że na Tytanie podobne procesy uformowały wydmy, równiny i labirynty widoczne z kosmosu. Jednak w przeciwieństwie do Ziemi, Marsa i Wenus, gdzie skały krzemianowe są dominującym materiałem geologicznym, z którego powstają osady, uważa się, że osady na Tytanie składają się ze stałych związków organicznych. Naukowcy do tej pory nie byli w stanie wykazać, w jaki sposób te związki organiczne mogą przekształcać się w ziarna osadów.
– Gdy wiatr transportuje ziarna, zderzają się one ze sobą i z różnymi powierzchniami. Zderzenia te zwykle zmniejszają rozmiar ziaren. Brakowało nam mechanizmu wzrostu, który mógłby to zrównoważyć i umożliwić ziarnom piasku utrzymanie stabilnej wielkości w czasie – tłumaczy Lapôtre.
Ooidy odpowiedzią
Zespół badawczy znalazł odpowiedź, przyglądając się osadom na Ziemi zwanym ooidami, które są małymi, kulistymi ziarnami występującymi najczęściej w płytkich morzach tropikalnych, np. w okolicach Bahamów. Ooidy powstają na skutek chemicznego wytrącania się węglanu wapnia, który przyczepia się do ziarna, takiego jak kwarc i tworzy koncentryczną powłokę. Jednoczesny proces erozji spowalnia ich wzrost, ponieważ ziarna rozbijają się o siebie przez fale i sztormy. Te dwa konkurujące ze sobą mechanizmy równoważą się w czasie, tworząc ziarna o stałej wielkości – około 2 milimetrów średnicy. Proces ten, jak sugerują badacze, może zachodzić również na Tytanie.
– Udało nam się rozwiązać paradoks, dlaczego wydmy piaskowe na Tytanie mogły istnieć tak długo, mimo że materiały z których są zbudowane są bardzo słabe – mówi Lapôtre. – Wysunęliśmy hipotezę, że proces polegający na łączeniu się sąsiadujących ze sobą ziaren w jedną całość, może stanowić przeciwwagę dla ścierania, gdy wiatr czy ciecz przenosi ziarna – tłumaczy.
Szerszy krajobraz
Lapôtre i jego zespół, dysponując hipotezą na temat powstawania osadów, wykorzystali istniejące dane na temat klimatu Tytana i kierunku transportu wiatrów, aby wyjaśnić istnienie wyraźnych równoległych pasm formacji geologicznych: wydm w pobliżu równika, równin na średnich szerokościach geograficznych i dziwnych labiryntów utworzonych w pobliżu biegunów.
Modelowanie atmosferyczne i dane z misji Cassini ujawniają, że wiatr występuje często w pobliżu równika, co potwierdza tezę, że w tym rejonie proces łączenia ziaren może zachodzić wolniej, co z kolei pozwala na dowolne tworzenie się drobnych ziaren piasku – kluczowego składnika wydm. Autorzy badania przewidują spowolnienie transportu osadów na średnich szerokościach geograficznych po obu stronach równika, gdzie proces łączenia się drobinek może dominować i tworzyć coraz grubsze ziarna, które w końcu zamienią się w skałę tworzącą równiny Tytana.
Ziarna piasku są również niezbędne do uformowania poplątanych terenów w pobliżu biegunów. Naukowcy uważają, że te wyraźne turnie mogą przypominać krasy w wapieniu na Ziemi. Na Tytanie byłyby to jednak zapadliska z rozpuszczonych piaskowców organicznych. Burze są znacznie częstsze w pobliżu biegunów, co sprawia, że osady są częściej przenoszone przez rzeki niż przez wiatr. Podobny proces łączenia się drobinek i ścierania podczas transportu rzecznego może zapewnić dostawę grubszych ziaren – źródła piaskowców, z których zbudowane są te tereny.
– Pokazujemy, że na Tytanie, podobnie jak na Ziemi i na Marsie, mamy aktywny cykl sedymentacyjny, który może wyjaśnić równoleżnikowe rozmieszczenie krajobrazów dzięki epizodycznemu ścieraniu i łączeniu się ziaren, wynikającemu z pór roku na Tytanie – mówi Lapôtre. – Fascynujące jest myślenie o tym, że tak daleko stąd istnieje alternatywny świat, w którym rzeczy są tak różne, a jednocześnie tak podobne – dodaje.
Źródło: Stanford University, fot. Pablo Carlos Budassi, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
