La luna de Saturno, Titán, se parece mucho a la Tierra desde el espacio, con ríos, lagos y mares llenos de lluvia que cae a través de una atmósfera espesa. Si bien estos paisajes pueden parecer familiares, están compuestos de materiales que sin duda son diferentes: las corrientes de metano líquido atraviesan la superficie helada de Titán y los vientos de nitrógeno construyen dunas de arena de hidrocarburos.
La presencia de estos materiales, cuyas propiedades mecánicas son muy diferentes de las de las sustancias a base de silicato que forman otros cuerpos sedimentarios conocidos en nuestro sistema solar, hace que la formación del paisaje de Titán sea enigmática. Al identificar un proceso que permitiría que las sustancias a base de hidrocarburos formen granos de arena o lecho rocoso dependiendo de la frecuencia con la que soplen los vientos y fluyan los arroyos, el geólogo de la Universidad de Stanford Mathieu Lapôtre y sus colegas han demostrado cómo las distintas dunas, llanuras y terrenos laberínticos de Titán podrían ser formado.
Titán, que es un objetivo para la exploración espacial debido a su habitabilidad potencial, es el único otro cuerpo en nuestro sistema solar que se sabe que tiene un ciclo de transporte de líquidos estacional similar a la Tierra en la actualidad. El nuevo modelo, publicado en Cartas de investigación geofísica El 25 de abril muestra cómo ese ciclo estacional impulsa el movimiento de los granos sobre la superficie de la luna.
«Nuestro modelo agrega un marco unificador que nos permite comprender cómo funcionan juntos todos estos entornos sedimentarios», dijo Lapôtre, profesor asistente de ciencias geológicas en la Escuela de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de Stanford (Stanford Earth). «Si entendemos cómo encajan las diferentes piezas del rompecabezas y su mecánica, entonces podemos comenzar a usar los accidentes geográficos dejados por esos procesos sedimentarios para decir algo sobre el clima o la historia geológica de Titán, y cómo podrían afectar el perspectiva de vida en Titán».
Un mecanismo perdido
Para construir un modelo que pudiera simular la formación de los distintos paisajes de Titán, Lapôtre y sus colegas primero tuvieron que resolver uno de los mayores misterios sobre los sedimentos en el cuerpo planetario: ¿Cómo pueden sus compuestos orgánicos básicos, que se cree que son mucho más frágiles que los granos de silicato inorgánico en la Tierra, ¿se transforman en granos que forman estructuras distintas en lugar de simplemente desgastarse y volar como polvo?
En la Tierra, las rocas de silicato y los minerales en la superficie se erosionan en granos de sedimento con el tiempo, moviéndose a través de los vientos y las corrientes para depositarse en capas de sedimentos que eventualmente, con la ayuda de la presión, el agua subterránea y, a veces, el calor, se vuelven a convertir en rocas. . Esas rocas luego continúan a través del proceso de erosión y los materiales se reciclan a través de las capas de la Tierra a lo largo del tiempo geológico.
En Titán, los investigadores creen que procesos similares formaron las dunas, las llanuras y los terrenos laberínticos vistos desde el espacio. Pero a diferencia de la Tierra, Marte y Venus, donde las rocas derivadas de silicatos son el material geológico dominante del que se derivan los sedimentos, se cree que los sedimentos de Titán están compuestos de compuestos orgánicos sólidos. Los científicos no han podido demostrar cómo estos compuestos orgánicos pueden convertirse en granos de sedimento que pueden transportarse a través de los paisajes de la luna ya lo largo del tiempo geológico.
«A medida que los vientos transportan granos, los granos chocan entre sí y con la superficie. Estas colisiones tienden a disminuir el tamaño de los granos a lo largo del tiempo. Lo que nos faltaba era el mecanismo de crecimiento que podría contrarrestar eso y permitir que los granos de arena mantuvieran un tamaño estable a lo largo del tiempo. , dijo Lapotre.
Un análogo alienígena
El equipo de investigación encontró una respuesta al observar sedimentos en la Tierra llamados ooides, que son pequeños granos esféricos que se encuentran con mayor frecuencia en mares tropicales poco profundos, como alrededor de las Bahamas. Los ooides se forman cuando se extrae carbonato de calcio de la columna de agua y se adhiere en capas alrededor de un grano, como el cuarzo.
Lo que hace que los ooides sean únicos es su formación a través de la precipitación química, lo que permite que crezcan, mientras que el proceso simultáneo de erosión ralentiza el crecimiento a medida que las olas y las tormentas aplastan los granos entre sí. Estos dos mecanismos en competencia se equilibran entre sí a lo largo del tiempo para formar un tamaño de grano constante, un proceso que los investigadores sugieren que también podría estar ocurriendo en Titán.
«Pudimos resolver la paradoja de por qué pudo haber dunas de arena en Titán durante tanto tiempo a pesar de que los materiales son muy débiles», dijo Lapôtre. «Hicimos la hipótesis de que la sinterización, que involucra la fusión de granos vecinos en una sola pieza, podría contrarrestar la abrasión cuando los vientos transportan los granos».
paisajes globales
Armados con una hipótesis sobre la formación de sedimentos, Lapôtre y los coautores del estudio utilizaron datos existentes sobre el clima de Titán y la dirección del transporte de sedimentos impulsado por el viento para explicar sus distintas bandas paralelas de formaciones geológicas: dunas cerca del ecuador, llanuras a mediados de latitudes y terrenos laberínticos cerca de los polos.
El modelo atmosférico y los datos de la misión Cassini revelan que los vientos son comunes cerca del ecuador, lo que respalda la idea de que allí se podría crear menos sinterización y, por lo tanto, granos de arena finos, un componente crítico de las dunas. Los autores del estudio predicen una pausa en el transporte de sedimentos en latitudes medias a ambos lados del ecuador, donde la sinterización podría dominar y crear granos cada vez más gruesos, convirtiéndose eventualmente en el lecho rocoso que conforma las llanuras de Titán.
Los granos de arena también son necesarios para la formación de los terrenos laberínticos de la luna cerca de los polos. Los investigadores creen que estos distintos riscos podrían ser como karsts en piedra caliza en la Tierra, pero en Titán, serían características colapsadas hechas de areniscas orgánicas disueltas. El flujo de los ríos y las tormentas de lluvia ocurren con mucha más frecuencia cerca de los polos, lo que hace que sea más probable que los sedimentos sean transportados por los ríos que por los vientos. Un proceso similar de sinterización y abrasión durante el transporte fluvial podría proporcionar un suministro local de granos de arena gruesos, la fuente de las areniscas que se piensa forman los terrenos laberínticos.
«Estamos demostrando que en Titán, al igual que en la Tierra y lo que solía ser el caso en Marte, tenemos un ciclo sedimentario activo que puede explicar la distribución latitudinal de los paisajes a través de la abrasión episódica y la sinterización impulsada por las estaciones de Titán». dijo Lapotre. «Es bastante fascinante pensar en cómo existe este mundo alternativo tan lejano, donde las cosas son tan diferentes y, sin embargo, tan similares».
Lapôtre también es profesor asistente, por cortesía, de geofísica. Los coautores del estudio son del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA.
Esta investigación fue apoyada por una subvención de NASA Solar System Workings.
