О жизни и смерти криовулканов Цереры

О жизни и смерти криовулканов Цереры

Моделирование 4-километровой горы Ахуна на Церере показало, что этот вулканический купол должен постепенно оседать со скоростью 10-500 метров за миллион лет из-за текучести водяного льда. Конкретная скорость оседания зависит от доли льда в составе купола, характерного размера гранул и тепловых свойств грунта, однако даже в самом консервативном случае Ахуна должна полностью осесть и расплыться менее чем за миллиард лет.

Прибыв к Церере, КА Dawn обнаружил на поверхности карликовой планеты 4-километровую гору конической формы, получившую название Ахуна. Гора расположена недалеко от экватора: ее координаты 10.3° южной широты, 316.2° восточной долготы. Скорее всего, Ахуна представляет собой сравнительно молодой криовулкан, извергающий не силикатную лаву, как вулканы Земли и Марса, а жидкую соленую грязь. Наличие криовулканов предполагается и на некоторых других телах Солнечной системы, например, на Европе, Титане и Плутоне.

Морфология Ахуны – наличие трещин и разломов на вершине и отношение высоты к ширине основания, близкое к 0.24, – очень напоминает вулканические купола на Земле. Крутизна склонов Ахуны достигает 30-40°, что близко к углу удержания (при еще больших углах гора просто осыпалась бы под своим весом).

Подсчет количества ударных кратеров на вершине и склонах Ахуны привел исследователей к выводу, что вулкан извергался 210 ± 30 или даже 70 ± 20 млн. лет назад (точное значение зависит от распределения небольших астероидов в окрестности орбиты Цереры). Обе оценки говорят о геологической молодости Ахуны. Возникает вопрос: почему мы видим на Церере только один криовулкан? Возможен ли процесс, приводящий к постепенному исчезновению вулканических куполов, не проявляющих активность? Быть может, на Церере были и другие криовулканы, но они видоизменились так, что стали незаметны?

Известно свойство водяного льда медленно течь, особенно при сравнительно высоких температурах. Однако обилие кратеров на поверхности Цереры, в том числе в сравнительно теплых приэкваториальных широтах, говорит о том, что кора карликовой планеты сравнительно жесткая, а доля водяного льда в ее составе не превышает 30%. Тем не менее, ряд фактов говорит о том, что кора неоднородна и что доля водяного льда может меняться от места к месту. В частности, доля водяного льда в составе криовулканического купола должна быть выше, поскольку он извергает смесь каменной крошки и жидкой воды примерно в соотношении 1:1 по объему.

Группа американских ученых под руководством Michael M. Sori построила модель Ахуны и рассчитала время ее расплывания за счет текучих свойств водяного льда. Они предположили, что гора состоит из смеси водяного льда и силикатов, рассчитали температуру Ахуны в зависимости от времени суток и времени года. Альбедо поверхности было принято равным 0.1, величина тепловой инерции грунта – 15 Дж/(кв.м·с1/2·К). Расчеты были проведены для слоя реголита толщиной 1 см, однако оказалось, что увеличение толщины реголита до 5 см меняет итоговые температуры менее чем на 1К. Авторы также учли колебания наклона оси вращения Цереры к плоскости ее орбиты – сейчас этот наклон близок к 4°, однако наклонение оси вращения Цереры испытывает колебания с периодом около 24.5 тыс. лет, в максимуме достигая 20°. 

Получив распределение температур в теле Ахуны, авторы оценили скорость ее оседания и расползания для разных долей водяного льда в ее составе. 

Если бы гора состояла из чистого льда, она оседала бы со скоростью 500 метров в миллион лет. При доле льда в 40% скорость оседания составила 10 метров в миллион лет. При меньшем количестве льда скорость оседания становится пренебрежимо малой. 

Поскольку Ахуна не может состоять из чистого водяного льда, реальная скорость оседания этой горы будет ближе к нижнему краю диапазона скоростей. Но даже и с такими темпами форма горы заметно изменится уже за десятки миллионов лет. Все это говорит о том, что за сотни миллионов лет богатые водяным льдом криовулканические купола в низких и средних широтах Цереры осядут и расползутся, став трудноразличимыми на снимках. Однако в приполярных районах достаточно холодно, чтобы горы сохранялись более долгое (миллиарды лет) время.

Интересно, что в средних широтах Цереры (эффект достигает максимума на 55° широты) неравная освещенность склонов вулканов, обращенных к экватору и к полюсам, должна приводить к заметной асимметрии их формы – обращенные к полюсу склоны должны быть круче, чем обращенные к экватору. За 50 млн. лет разница в крутизне склонов может достигнуть 10°.

Источник: stp.cosmos.ru