Wissenschaftler modellieren die Landschaftsformation auf Titan und enthüllen eine erdähnliche außerirdische Welt

Der Saturnmond Titan sieht aus dem Weltraum der Erde sehr ähnlich, mit Flüssen, Seen und Meeren, die von Regen gefüllt sind, der durch eine dichte Atmosphäre stürzt. Obwohl diese Landschaften bekannt vorkommen, bestehen sie aus Materialien, die zweifellos anders sind – flüssige Methanströme streifen die eisige Oberfläche von Titan und Stickstoffwinde bauen Kohlenwasserstoff-Sanddünen auf.

Das Vorhandensein dieser Materialien – deren mechanische Eigenschaften sich stark von denen von Substanzen auf Silikatbasis unterscheiden, aus denen andere bekannte Sedimentkörper in unserem Sonnensystem bestehen – macht die Landschaftsformation von Titan rätselhaft. Durch die Identifizierung eines Prozesses, der es Substanzen auf Kohlenwasserstoffbasis ermöglichen würde, Sandkörner oder Grundgestein zu bilden, je nachdem, wie oft Winde wehen und wie oft Bäche fließen, haben der Geologe Mathieu Lapôtre von der Stanford University und seine Kollegen gezeigt, wie die unterschiedlichen Dünen, Ebenen und labyrinthischen Terrains von Titan sein könnten gebildet.

Titan, das aufgrund seiner potenziellen Bewohnbarkeit ein Ziel für die Weltraumforschung ist, ist der einzige andere Körper in unserem Sonnensystem, von dem bekannt ist, dass er heute einen erdähnlichen, saisonalen Flüssigkeitstransportzyklus aufweist. Das neue Modell, erschienen in Geophysikalische Forschungsbriefe Der 25. April zeigt, wie dieser saisonale Zyklus die Bewegung von Körnern über die Mondoberfläche antreibt.

„Unser Modell fügt einen vereinheitlichenden Rahmen hinzu, der es uns ermöglicht zu verstehen, wie all diese Sedimentumgebungen zusammenarbeiten“, sagte Lapôtre, Assistenzprofessor für geologische Wissenschaften an der Stanford School of Earth, Energy & Environmental Sciences. „Wenn wir verstehen, wie die verschiedenen Teile des Puzzles zusammenpassen und wie sie funktionieren, können wir damit beginnen, die von diesen Sedimentprozessen zurückgelassenen Landformen zu nutzen, um etwas über das Klima oder die geologische Geschichte von Titan auszusagen – und wie sie sich auf die Aussicht auswirken könnten für das Leben auf Titan.“

Ein fehlender Mechanismus

Um ein Modell zu bauen, das die Entstehung der unterschiedlichen Landschaften Titans simulieren könnte, mussten Lapôtre und seine Kollegen zunächst eines der größten Rätsel über Sedimente auf dem Planetenkörper lösen: Wie können seine grundlegenden organischen Verbindungen – von denen angenommen wird, dass sie viel mehr sind? zerbrechlicher als anorganische Silikatkörner auf der Erde – sich in Körner verwandeln, die ausgeprägte Strukturen bilden, anstatt sich nur abzunutzen und als Staub wegzublasen?

Auf der Erde erodieren Silikatgesteine ​​und Mineralien an der Oberfläche im Laufe der Zeit zu Sedimentkörnern, bewegen sich durch Winde und Ströme und lagern sich in Sedimentschichten ab, die sich schließlich – mit Hilfe von Druck, Grundwasser und manchmal Hitze – wieder in Gestein verwandeln. Diese Felsen durchlaufen dann den Erosionsprozess und die Materialien werden im Laufe der geologischen Zeit durch die Erdschichten recycelt.

Forscher glauben, dass auf Titan ähnliche Prozesse die Dünen, Ebenen und labyrinthischen Landschaften gebildet haben, die aus dem Weltraum zu sehen sind. Aber anders als auf der Erde, dem Mars und der Venus, wo Gesteine ​​aus Silikaten das vorherrschende geologische Material sind, aus dem Sedimente gewonnen werden, wird angenommen, dass die Sedimente von Titan aus festen organischen Verbindungen bestehen. Wissenschaftler konnten nicht zeigen, wie diese organischen Verbindungen zu Sedimentkörnern wachsen können, die über die Mondlandschaften und über geologische Zeiträume transportiert werden können.

„Wenn Winde Körner transportieren, kollidieren die Körner miteinander und mit der Oberfläche. Diese Kollisionen neigen dazu, die Korngröße im Laufe der Zeit zu verringern. Was uns fehlte, war der Wachstumsmechanismus, der dies ausgleichen und es den Sandkörnern ermöglichen könnte, über die Zeit eine stabile Größe beizubehalten “, sagte Lapotre.

Ein außerirdisches Analogon

Das Forschungsteam fand eine Antwort, indem es sich Sedimente auf der Erde ansah, die Ooids genannt werden, kleine, kugelförmige Körner, die am häufigsten in flachen tropischen Meeren wie etwa um die Bahamas zu finden sind. Ooide bilden sich, wenn Kalziumkarbonat aus der Wassersäule gezogen wird und sich in Schichten um ein Korn wie Quarz anlagert.

Was Ooide einzigartig macht, ist ihre Bildung durch chemische Ausfällung, die Ooiden wachsen lässt, während der gleichzeitige Prozess der Erosion das Wachstum verlangsamt, da die Körner durch Wellen und Stürme ineinander geschleudert werden. Diese beiden konkurrierenden Mechanismen gleichen sich im Laufe der Zeit aus, um eine konstante Korngröße zu bilden – ein Prozess, den die Forscher vermuten, könnte auch auf Titan stattfinden.

„Wir konnten das Paradoxon auflösen, warum es auf Titan so lange Sanddünen gegeben haben könnte, obwohl die Materialien sehr schwach sind“, sagte Lapôtre Abrieb, wenn Winde die Körner transportieren.“

Globale Landschaften

Bewaffnet mit einer Hypothese zur Sedimentbildung verwendeten Lapôtre und die Co-Autoren der Studie vorhandene Daten über das Klima des Titans und die Richtung des windgetriebenen Sedimenttransports, um seine unterschiedlichen parallelen Bänder geologischer Formationen zu erklären: Dünen in der Nähe des Äquators, Ebenen in der Mitte des Breitengrade und labyrinthische Gelände in der Nähe der Pole.

Atmosphärische Modelle und Daten der Cassini-Mission zeigen, dass Winde in der Nähe des Äquators üblich sind, was die Idee unterstützt, dass dort weniger Sinterung und daher feine Sandkörner entstehen könnten – ein kritischer Bestandteil von Dünen. Die Autoren der Studie sagen eine Flaute im Sedimenttransport in mittleren Breiten auf beiden Seiten des Äquators voraus, wo das Sintern dominieren und immer gröbere Körner erzeugen könnte, die sich schließlich in das Grundgestein verwandeln, aus dem die Ebenen von Titan bestehen.

Sandkörner sind auch für die Bildung der labyrinthischen Gelände des Mondes in der Nähe der Pole notwendig. Forscher glauben, dass diese ausgeprägten Klippen wie Karst im Kalkstein auf der Erde sein könnten – aber auf Titan wären sie eingestürzte Merkmale aus aufgelösten organischen Sandsteinen. Flussströmungen und Regenstürme treten viel häufiger in der Nähe der Pole auf, wodurch Sedimente eher von Flüssen als von Winden transportiert werden. Ein ähnlicher Prozess des Sinterns und Abriebs während des Flusstransports könnte eine lokale Versorgung mit groben Sandkörnern ermöglichen – die Quelle für die Sandsteine, von denen angenommen wird, dass sie Labyrinthgelände bilden.

„Wir zeigen, dass wir auf Titan – genau wie auf der Erde und was früher auf dem Mars der Fall war – einen aktiven Sedimentzyklus haben, der die Breitenverteilung von Landschaften durch episodischen Abrieb und Sinterung erklären kann, die von den Jahreszeiten des Titans angetrieben werden“, sagte Lapôtre . „Es ist ziemlich faszinierend, darüber nachzudenken, wie es diese alternative Welt so weit draußen gibt, wo die Dinge so unterschiedlich und doch so ähnlich sind.“