Aux côtés de la Terre et de Mars, Titan est le troisième corps planétaire du système solaire à montrer des preuves d’environnements sédimentaires étendus et diversifiés, notamment des lacs, des rivières, des cônes alluviaux ou des deltas, des canyons érodés, des plateaux disséqués et des dunes de sable. Sur Titan, les particules solides lâches (ou sédiments) sont probablement constituées de grains d’hydrocarbures mous, susceptibles de se décomposer rapidement en poussière. Pourtant, les dunes équatoriales de Titan sont actives depuis plusieurs centaines de milliers d’années, ce qui suggère qu’un mécanisme doit produire des particules de la taille d’un sable à ces latitudes. Dans une nouvelle étude, des scientifiques planétaires de l’Université de Stanford et du Jet Propulsion Laboratory de la NASA ont exploré l’hypothèse selon laquelle une combinaison d’abrasion, lorsque les grains sont transportés par les vents ou les rivières de méthane, et de frittage, lorsqu’ils sont au repos, pourrait produire des grains de sable qui maintiennent une taille d’équilibre. Le modèle de l’équipe démontre que le transport saisonnier des sédiments pourrait produire du sable sur Titan et pourrait expliquer la distribution des paysages de Titan.
Cette vue de Titan fait partie des dernières images que le vaisseau spatial Cassini de la NASA a envoyées sur Terre avant de plonger dans l’atmosphère de la planète géante. Crédit image : NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.
“Notre modèle ajoute un cadre unificateur qui nous permet de comprendre comment tous ces environnements sédimentaires fonctionnent ensemble”, a déclaré le Dr. Mathieu Lapôtre, chercheur au département des sciences géologiques de l’université de Stanford.
“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. ”
Afin de construire un modèle qui pourrait simuler la formation des paysages distincts de Titan, le Dr. 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 peuvent-ils se transformer en grains qui forment des structures distinctes plutôt que de simplement s’user et s’envoler sous forme de poussière ?
Sur Terre, les roches silicatées et les minéraux à la surface s’érodent en grains de sédiments au fil du temps, se déplaçant à travers les vents et les cours d’eau pour se déposer dans des couches de sédiments qui finissent par redevenir des roches.
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 planétaires 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 fil du temps géologique.
“Alors que les vents transportent les grains, les grains entrent en collision les uns avec les autres et avec la surface”, a déclaré le Dr. dit Lapôtre.
“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.”
Les auteurs ont 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 que les chercheurs pourraient suggérer se produisant également 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 le Dr. dit 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.”
Les lunes de notre système solaire regorgent de paysages insolites. Cependant, ils semblent parfois un peu plus familiers, comme dans cette nouvelle image radar de l’orbiteur Cassini. L’image montre des stries sombres creusées dans des dunes qui rappellent celles que l’on pourrait trouver sur une plage sur Terre, ou ratissées de lignes fluides dans un jardin zen japonais – mais cette scène se déroule en fait sur Titan, la lune de Saturne. Alors que notre sable est composé de silicates, le «sable» de ces dunes extraterrestres est formé de grains de matières organiques à peu près de la même taille que les particules de notre sable de plage. La petite taille et la douceur de ces grains signifient que les lignes fluides creusées dans les dunes apparaissent comme sombres à l’œil humain. Alors que les images précédentes ont repéré ces motifs étrangement familiers sur les dunes de Titan, cette nouvelle image (colorisée) les montre plus en détail. L’image a été obtenue par le mappeur radar de Cassini le 10 juillet 2013. La couture verticale près du centre est un artefact du traitement des données d’image radar. Crédit image : NASA / JPL-Caltech / Sci-News.com.
Armés d’une hypothèse sur la formation des sédiments, les scientifiques 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 aux latitudes moyennes et terrains labyrinthiques. près des pôles.
La modélisation atmosphérique et les données de la mission Cassini de la NASA 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 y être créés – un composant essentiel des dunes.
L’équipe prédit 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, 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 le Dr. dit 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.”
Les résultats ont été publiés dans la revue Lettres de recherche géophysique.
_____
Mathieu GA Lapôtre et al. Le rôle du transport saisonnier des sédiments et du frittage dans la formation des paysages de Titan : une hypothèse. Lettres de recherche géophysique, publié en ligne le 1er avril 2022 ; doi: 10.1029 / 2021GL097605