Углеводородный песок и метановые ручьи: ученые объяснили пейзажи Титана

От дюн до каньонов — разнообразие рельефов на спутнике Сатурна поражает. Ученые объяснили, как мягкая органическая пыль «сплавляется» в песчинки и породы, а ветры и дожди формируют дюны и вытачивают каньоны.

Титан, спутник Сатурна, — единственное известное нам тело в Солнечной системе, помимо Земли, на котором есть сезонный цикл жидкостей. Ученые из Стэнфорда и Лаборатории реактивного движения показали, как этот цикл жидкостей вместе с циклом осадочных пород объясняют разнообразие пейзажей Титана. Их статья опубликована в Geophysical Research Letters.

Издалека Титан похож на Землю. На экваторе его опоясывают дюны, в средних широтах доминируют равнины, а у полюсов раскинулись озера и каньоны. Благодаря кокону из плотной атмосферы идут дожди и дуют ветры. Вот только вместо воды на Титане течет жидкий метан, а азотный ветер собирает дюны из углеводородного песка.

Механические свойства такого песка значительно отличаются от свойств привычных нам силикатных осадочных пород, покрывающих Землю и Марс. Главное отличие в том, что углеводородные частицы гораздо менее прочные и должны быстро измельчаться в пыль, а для образования дюн нужны относительно крупные гранулы. Как эти простейшие органические соединения удерживают свой размер?

На Земле под действием сил природы силикатные камни и минералы со временем разрушаются на мелкие частицы. Ветер и потоки воды уносят эти частицы к местам отложений, где под действием давления, подземных вод и иногда тепла, частицы «сплавляются» обратно в камни.

Ученые предполагают, что на Титане должен существовать похожий цикл. Очевидно, что и там силы природы измельчают породы до состояния песка и пыли. Не понятно лишь, как из пыли снова получаются камни и песок для дюн.

Найти ответ на этот вопрос помогли ооиды — маленькие сферические гранулы, которые часто встречаются в мелких водах тропических морей. Они уникальны тем, что формируются химическим осаждением: карбонат кальция из воды оседает слоями на крупицы обычного песка. Частицы трутся друг о друга, разрушаются, карбонат кальция попадает обратно в воду и снова оседает. Процессы разрушения и нарастания компенсируют друг друга, и частицы поддерживают свой размер. Исследователи предположили, что таким же образом на Титане частицы пыли «сплавляются» друг с другом, формируя песчинки и породы, которые потом стачиваются ветром.

Взяв эту гипотезу на вооружение, команда ученых смоделировала цикл миграции осадочных пород, опираясь на данные о климате и атмосфере, собранные миссией «Кассини». Оказалось, процесс «сплавления», паттерн ветров и осадки объясняют разнообразие пейзажей.

Сильнее всего ветры дуют в экваториальном поясе, поэтому осадочные породы там постоянно разрушаются и формируют дюны. В средних широтах ветер гораздо слабее, зато влажность выше, и частицы «сплавляются» в плотные породы, формирующие равнины. У полюсов дожди и реки вытачивают в породах глубокие каньоны и лабиринты. Их земной аналог — карсты.

«Наша всеохватывающая модель позволяет нам понять, как взаимодействуют эти рельефы осадочных пород, — комментирует Мэтью Лапотр (Mathieu Lap?tre), геолог из Стэнфордского университета. — Если мы поймем, как соединяются эти кусочки пазла, и их механику, то, изучая рельеф, образованный этими осадочными процессами, мы сможем делать предположения о климате и геологической истории Титана — и их влиянии на вероятность появления жизни на Титане».