Kriowulkanizm

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
(Przekierowano z Kriowulkan)
Skocz do: nawigacja, szukaj
Erupcje kriowulkaniczne na Enceladusie

Kriowulkanizmerupcja cieczy lub pary (z możliwym dodatkiem substancji stałych), złożonej z wody lub innych substancji, które są zamrożone w temperaturze panującej normalnie na powierzchni lodowego ciała niebieskiego. Termin ten obejmuje ogół procesów analogicznych do wulkanizmu, zachodzących na księżycach lodowych[1] oraz prawdopodobnie na innych ciałach niebieskich o odpowiednim składzie i dostatecznie niskiej temperaturze, w szczególności obiektach transneptunowych.

Kriowulkan jest to zatem wulkan, który zamiast stopionej skały wyrzuca materiał kriogeniczny[2], tzw. kriolawę[a] – jest to mieszanina takich cieczy jak woda, płynny amoniak lub metan.

Dowody obserwacyjne[edytuj | edytuj kod]

Na powierzchniach lodowych księżyców krążących wokół planet-olbrzymów występują obszary pokryte przez zamrożone wypływy płynu z wnętrza[3]. Wprawdzie jak dotąd żadne próbki powierzchni tych ciał nie zostały zbadane laboratoryjnie, ale obserwacje spektroskopowe sond kosmicznych wskazują, że są to twory bogate w wodę[4]. Pewne twory na powierzchniach Europy i Ganimedesa, księżyców Jowisza, mogły powstać w wyniku wypływu stopionej wody z głębi skorupy[5]. Kriowulkanizm jest mechanizmem, który może odpowiadać za odmłodzenie powierzchni niektórych innych księżyców, w tym Dione, Tetydy i Rei w układzie Saturna[1], oraz Mirandy[6], Ariela i Tytanii krążących wokół Urana[7].

Tryton[edytuj | edytuj kod]

Ciemne smugi widoczne na powierzchni Trytona tworzy najprawdopodobniej opad z erupcji kriowulkanicznych

Na powierzchni Trytona, największego księżyca Neptuna, w 1989 sonda Voyager 2 zaobserwowała struktury interpretowane jako pokrywy kriowulkaniczne, stożki i zapadliska ciągnące się wzdłuż grzbietów. Zdjęcia Trytona ujawniły także słupy materii, gazu i pyłu wyrzucanego ponad powierzchnię księżyca na wysokość do 8 km. Źródłem energii może być światło słoneczne, przenikające przez przezroczysty lód azotowy i ogrzewające leżące niżej warstwy (efekt cieplarniany), bądź wewnętrzne źródło ciepła, np. związane z konwekcją termiczną w lodzie[8].

Enceladus[edytuj | edytuj kod]

Enceladus (czarny punkt blisko środka zdjęcia) zasila materią pierścień E Saturna, który bez tego zaniknąłby, opadając na planetę.

Enceladus jest niewielkim księżycem Saturna, który wykazuje bezsprzeczną współczesną aktywność kriowulkaniczną. Obserwacje misji Cassini ukazały pióropusze materii wyrzucanej przez kriowulkany w pobliżu południowego bieguna tego księżyca i wykazały istnienie anomalnie wysokich temperatur w tamtym obszarze. Strumień ciepła w okolicach bieguna Enceladusa około dwudziestokrotnie przekracza współczesną produkcję ciepła przez naturalne izotopy promieniotwórcze i najprawdopodobniej wynika z działania sił pływowych pochodzących od planety, podtrzymywanych przez rezonans orbitalny z księżycem Dione. Pomiary instrumentów sondy Cassini wskazały, że pióropusze materii kriowulkanicznej tworzy w 90-94%[b] para wodna, około 5% stanowi ditlenek węgla, a reszta to głównie metan i amoniak; obecne są także związki organiczne, ditlenek siarki i argon, być może także azot. Enceladus wyrzuca obecnie około 200 kg materii na sekundę i obszar kriowulkaniczny wokół bieguna południowego jest obecnie zapadnięty o 500 m względem średniego promienia księżyca[9].

Tytan[edytuj | edytuj kod]

Obraz potencjalnego kriowulkanu Sotra Patera na Tytanie (dziesięciokrotne przewyższenie)

Istnieją pośrednie dowody na to, że procesy kriowulkaniczne zachodzą lub zachodziły także na powierzchni Tytana, największego księżyca Saturna. Wskazane zostały potencjalne kriowulkany i pokrywy erupcyjne, niemniej do 2015 nie stwierdzono żadnej erupcji. Obliczenia teoretyczne wskazują, że kriowulkanizm jest prawdopodobnym źródłem metanu w atmosferze Tytana; wskutek zachodzących w niej procesów chemicznych zawartość tego gazu w atmosferze maleje i nie może on być jej pierwotnym składnikiem[10]. Obecnie za najbardziej prawdopodobny kriowulkan na Tytanie uważana jest Sotra Patera, depresja o głębokości 1,7 km, nad którą wznosi się jedna z najwyższych gór Tytana, Doom Mons o wysokości 1,45 km. Sotra Patera może być kalderą pozostałą po eksplozywnej erupcji[11].

Europa[edytuj | edytuj kod]

Obserwacje teleskopu Hubble’a w 2013 roku wskazały, że zjawiska kriowulkaniczne podobne do erupcji na Enceladusie mogą współcześnie występować także na Europie krążącej wokół Jowisza. Zdjęcia w ultrafiolecie sugerują okresowe pojawianie się pióropuszy pary wodnej nad południowym biegunem księżyca. Wskazują też, że wyrzucona materia nie opuszcza księżyca, lecz opada po osiągnięciu wysokości ok. 200 km, co może pozostawiać identyfikowalne ślady na powierzchni. Przyszłe misje kosmiczne do układu Jowisza zapewne pozwolą zweryfikować te obserwacje[12].

Obiekty transneptunowe[edytuj | edytuj kod]

Pluton, największy obiekt Pasa Kuipera był obserwowany w 2015 roku przez sondę kosmiczną New Horizons. Obserwacje ukazały niespodziewanie młodą (w sensie geologicznym) powierzchnię, przekształconą przez różne procesy. Odkryte zostały dwie góry z zagłębieniami u szczytu, które mogą być kriowulkanami[13].

Cechy kriowulkanizmu[edytuj | edytuj kod]

Czysta woda ma wysoką temperaturę topnienia w stosunku do temperatur spotykanych na ciałach lodowych, a ponadto gęstość stopu (kriomagmy) jest większa niż gęstość ciała stałego (lodu), co utrudnia wypływanie jej na powierzchnię[4]. Jest to podstawowa różnica pomiędzy kriowulkanizmem a wulkanizmem krzemianowym znanym z Ziemi i innych planet wewnętrznych oraz księżyca Io. Niemniej kriomagma może zawierać rozpuszczone substancje lotne, które wydzielają się tworząc pęcherzyki i obniżają średnią gęstość stopu, lub też jej erupcja wiąże się z różnicami ciśnienia wywołanymi np. przez efekty pływowe, topografię lub zamarzanie. Lokalnie domieszki mogą także zwiększać gęstość skorupy, ułatwiając wypływ kriomagmy. Jeżeli erupcja wyrzuca płyn, będzie on na powierzchni równocześnie zamarzał i wrzał (warunki termodynamiczne w zewnętrznej części Układu Słonecznego sprawiają, że faza ciekła jest niestabilna), aż uformuje się dostatecznie gruba pokrywa lodowa. Jeśli w wyrzucanej materii dominuje para, pióropusz materii będzie rozprzestrzeniał się nad powierzchnią, a cząstki o dostatecznie dużej energii mogą opuścić obszar grawitacyjnej dominacji ciała, co ma miejsce w przypadku erupcji na Enceladusie – w efekcie pierścień E Saturna jest zasilany materią[1].

Uwagi[edytuj | edytuj kod]

  1. Stop znajdujący się pod powierzchnią nosi nazwę kriomagmy, w analogii do magmy na planetach typu ziemskiego.
  2. Skład podany w procentach masy.

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. a b c Ralf Jaumann, Roger N. Clark, Francis Nimmo, Amanda R. Hendrix, Bonnie J. Buratti, Tilmann Denk, Jeffrey M. Moore, Paul M. Schenk, Steve J. Ostro i Ralf Srama: 20. Icy Satellites: Geological Evolution and Surface Processes. W: Saturn from Cassini-Huygens. Michele Dougherty, Larry Esposito, Stamatios Krimigis (redaktorzy). Springer Science & Business Media, 2009, s. 650–673. DOI: 10.1007/978-1-4020-9217-6_20.
  2. Kriowulkan, AstroWORDS - Internetowy Słownik Astronomiczny
  3. Melosh 2011 ↓, s. 169.
  4. a b Melosh 2011 ↓, s. 183.
  5. Greeley 2013 ↓, s. 161–167.
  6. Collins et al. 2012 ↓, s. 326.
  7. Greeley 2013 ↓, s. 204–205.
  8. Collins et al. 2012 ↓, s. 312-316.
  9. John R. Spencer, Amy C. Barr, Larry W. Esposito, Paul Helfenstein, Andrew P. Ingersoll, Ralf Jaumann, Christopher P. McKay, Francis Nimmo i J. Hunter Waite: 21. Enceladus: An Active Cryovolcanic Satellite. W: Saturn from Cassini-Huygens. Michele Dougherty, Larry Esposito, Stamatios Krimigis (redaktorzy). Springer Science & Business Media, 2009, s. 683–720. DOI: 10.1007/978-1-4020-9217-6_21.
  10. Ralf Jaumann, Randolph L. Kirk, Ralph D. Lorenz, Rosaly M.C. Lopes, Ellen Stofan, Elizabeth P. Turtle, Horst Uwe Keller, Charles A. Wood, Christophe Sotin, Laurence A. Soderblom i Martin G. Tomasko: 5. Geology and Surface Processes on Titan. W: Titan from Cassini-Huygens. Robert Brown, Jean Pierre Lebreton, Jack Waite (redaktorzy). Springer Science & Business Media, 2009, s. 75–133. DOI: 10.1007/978-1-4020-9215-2_5.
  11. Rosaly Lopes, Randy Kirk i Mary Bourke: Cryo-volcanic “Mount Doom” on Titan. 2013-09-16. [dostęp 2015-11-16].
  12. Hubble Sees Evidence of Water Vapor at Jupiter Moon (ang.). JPL/NASA, 2013-12-12. [dostęp 2015-11-17].
  13. At Pluto, New Horizons Finds Geology of All Ages, Possible Ice Volcanoes, Insight into Planetary Origins. W: New Horizons [on-line]. Jet Propulsion Laboratory, 2015-11-09. [dostęp 2015-11-10].

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • Ronald Greeley: Introduction to Planetary Geomorphology. Cambridge University Press, 2013.
  • H. Jay Melosh: Planetary Surface Processes. T. 13. Cambridge University Press, 2011, seria: Cambridge Planetary Science.
  • Geoffrey C. Collins, William B. McKinnon, Jeffrey M. Moore i inni: 7. Tectonics of the outer planet satellites. W: Thomas R. Watters, Richard A. Schultz (redaktorzy): Planetary Tectonics. T. 11. Cambridge University Press, 2012, seria: Cambridge Planetary Science.