Des scientifiques modélisent la formation du paysage sur Titan, révélant un monde extraterrestre semblable à la Terre

Image en couleurs vraies des couches de brume dans l’atmosphère de Titan. Crédit : NASA

La lune de Saturne, Titan, ressemble beaucoup à la Terre vue de l’espace, avec des rivières, des lacs et des mers remplis de pluie tombant dans une atmosphère épaisse. Bien que ces paysages puissent sembler familiers, ils sont composés de matériaux qui sont sans aucun doute différents – des flux de méthane liquide strient la surface glacée de Titan et des vents d’azote forment des dunes de sable d’hydrocarbures.

La présence de ces matériaux – dont les propriétés mécaniques sont très différentes de celles des substances à base de silicate qui composent d’autres corps sédimentaires connus de notre système solaire – rend la formation du paysage de Titan énigmatique. En identifiant un processus qui permettrait aux substances à base d’hydrocarbures de former des grains de sable ou un socle rocheux en fonction de la fréquence à laquelle les vents soufflent et coulent les ruisseaux, le géologue de l’Université de Stanford Mathieu Lapôtre et ses collègues ont montré comment les dunes, les plaines et les labyrinthes distincts de Titan pourraient être formé.

Titan, qui est une cible pour l’exploration spatiale en raison de son habitabilité potentielle, est le seul autre corps de notre système solaire connu pour avoir aujourd’hui un cycle de transport de liquide saisonnier semblable à la Terre. Le nouveau modèle, publié en Lettres de recherche géophysique Le 25 avril montre comment ce cycle saisonnier entraîne le mouvement des grains sur la surface de la lune.

“Notre modèle ajoute un cadre unificateur qui nous permet de comprendre comment tous ces environnements sédimentaires fonctionnent ensemble”, a déclaré Lapôtre, professeur adjoint de sciences géologiques à la Stanford’s School of Earth, Energy & Environmental Sciences. “Si nous comprenons comment les différentes pièces du puzzle s’emboîtent et leurs mécanismes, alors nous pouvons commencer à utiliser les reliefs laissés par ces processus sédimentaires pour dire quelque chose sur le climat ou l’histoire géologique de Titan – et comment ils pourraient avoir un impact sur la perspective. pour la vie sur Titan.”

Un mécanisme manquant

Afin de construire un modèle capable de simuler la formation des paysages distincts de Titan, Lapôtre et ses collègues ont d’abord dû résoudre l’un des plus grands mystères concernant les sédiments sur le corps planétaire : comment ses composés organiques de base, que l’on pense être beaucoup plus fragiles que les grains de silicate inorganiques sur Terre – se transforment en grains qui forment des structures distinctes plutôt que de simplement s’user et s’envoler sous forme de poussière ?

Sur Terre, les roches et les minéraux silicatés à la surface s’érodent en grains de sédiments au fil du temps, se déplaçant à travers les vents et les ruisseaux pour se déposer dans des couches de sédiments qui finissent par redevenir des roches grâce à la pression, aux eaux souterraines et parfois à la chaleur. Ces roches continuent ensuite à travers le processus d’érosion et les matériaux sont recyclés à travers les couches de la Terre au fil du temps géologique.

Sur Titan, les chercheurs pensent que des processus similaires ont formé les dunes, les plaines et les labyrinthes vus de l’espace. Mais contrairement à la Terre, Mars et Vénus, où les roches dérivées de silicate sont le matériau géologique dominant à partir duquel les sédiments sont dérivés, on pense que les sédiments de Titan sont composés de composés organiques solides. Les scientifiques n’ont pas été en mesure de démontrer comment ces composés organiques peuvent se transformer en grains de sédiments qui peuvent être transportés à travers les paysages de la lune et au cours du temps géologique.

“Alors que les vents transportent les grains, les grains entrent en collision les uns avec les autres et avec la surface. Ces collisions ont tendance à diminuer la taille des grains au fil du temps. Ce qui nous manquait, c’était le mécanisme de croissance qui pourrait contrebalancer cela et permettre aux grains de sable de conserver une taille stable dans le temps. “, a déclaré Lapôtre.

Un analogue extraterrestre

L’équipe de recherche a trouvé une réponse en examinant les sédiments sur Terre appelés ooïdes, qui sont de petits grains sphériques que l’on trouve le plus souvent dans les mers tropicales peu profondes, comme autour des Bahamas. Les ooïdes se forment lorsque le carbonate de calcium est extrait de la colonne d’eau et se fixe en couches autour d’un grain, comme le quartz.

Ce qui rend les ooïdes uniques, c’est leur formation par précipitation chimique, qui permet aux ooïdes de se développer, tandis que le processus simultané d’érosion ralentit la croissance lorsque les grains sont écrasés les uns contre les autres par les vagues et les tempêtes. Ces deux mécanismes concurrents s’équilibrent dans le temps pour former une taille de grain constante – un processus qui, selon les chercheurs, pourrait également se produire sur Titan.

“Nous avons pu résoudre le paradoxe de la raison pour laquelle il aurait pu y avoir des dunes de sable sur Titan pendant si longtemps, même si les matériaux sont très faibles”, a déclaré Lapôtre. “Nous avons émis l’hypothèse que le frittage – qui implique la fusion de grains voisins en un seul morceau – pourrait contrebalancer l’abrasion lorsque les vents transportent les grains.”

Paysages mondiaux

Armés d’une hypothèse de formation de sédiments, Lapôtre et les co-auteurs de l’étude ont utilisé les données existantes sur le climat de Titan et la direction du transport des sédiments par le vent pour expliquer ses bandes parallèles distinctes de formations géologiques : dunes près de l’équateur, plaines au milieu latitudes et des terrains labyrinthiques près des pôles.

La modélisation atmosphérique et les données de la mission Cassini révèlent que les vents sont courants près de l’équateur, soutenant l’idée que moins de frittage et donc de grains de sable fins pourraient s’y créer, un élément essentiel des dunes. Les auteurs de l’étude prédisent une accalmie dans le transport des sédiments aux latitudes moyennes de part et d’autre de l’équateur, où le frittage pourrait dominer et créer des grains de plus en plus grossiers, se transformant finalement en substrat rocheux qui constitue les plaines de Titan.

Les grains de sable sont également nécessaires à la formation des terrains labyrinthiques de la lune près des pôles. Les chercheurs pensent que ces rochers distincts pourraient ressembler à des karsts dans le calcaire sur Terre, mais sur Titan, ils seraient des éléments effondrés constitués de grès organiques dissous. Le débit des rivières et les tempêtes de pluie se produisent beaucoup plus fréquemment près des pôles, ce qui rend les sédiments plus susceptibles d’être transportés par les rivières que par les vents. Un processus similaire de frittage et d’abrasion pendant le transport fluvial pourrait fournir un approvisionnement local en grains de sable grossiers – la source des grès censés constituer les terrains labyrinthiques.

“Nous montrons que sur Titan, tout comme sur Terre et ce qui était le cas sur Mars, nous avons un cycle sédimentaire actif qui peut expliquer la distribution latitudinale des paysages par l’abrasion et le frittage épisodiques entraînés par les saisons de Titan”, a déclaré Lapôtre. . “C’est assez fascinant de penser à la façon dont il y a ce monde alternatif si loin là-bas, où les choses sont si différentes, mais si similaires.”


Une nouvelle explication pour pourquoi la lune de Jupiter a de splendides dunes


Plus d’information:
Mathieu GA Lapôtre et al, The Role of Seasonal Sediment Transport and Sintering in Shaping Titan’s Landscapes: A Hypothesis, Lettres de recherche géophysique (2022). DOI : 10.1029/2021GL097605

Fourni par l’Université de Stanford

Citation: Des scientifiques modélisent la formation du paysage sur Titan, révélant un monde extraterrestre semblable à la Terre (2022, 25 avril) récupéré le 25 avril 2022 sur https://phys.org/news/2022-04-scientists-landscape-formation-titan-revealing. html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation loyale à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.

Leave a Comment