- Pubblicato Mercoledì, 03 Settembre 2014 07:00
- Scritto da Elisabetta Bonora
Credit: ESA/ATG medialab
La missione della NASA Cassini, arrivata nel sistema di Saturno oltre dieci anni fa, ha scoperto centinaia di laghi e mari di idrocarburi sparsi sulla superficie ghiacciata della grande luna Titano, soprattutto nelle regioni polari.
Si ritiene che questi bacini vengano alimentati principalmente dalle piogge ma il ciclo globale dei liquidi, tra sottosuolo, crosta e atmosfera della luna, ancora non è del tutto chiaro.
Un modello è stato è stato presentato da Olivier Mousis dell'Université de Franche-Comté, Francia, in collaborazione con la Cornell University e Jet Propulsion Laboratory della NASA negli Stati Uniti, e pubblicato sulla rivista Icarus.
Equilibrium composition between liquid and clathrate reservoirs on Titan [abstract]
Hundreds of lakes and a few seas of liquid hydrocarbons have been observed by the Cassini spacecraft to cover the polar regions of Titan. A significant fraction of these lakes or seas could possibly be interconnected with subsurface liquid reservoirs of alkanes. In this paper, we investigate the interplay that would happen between a reservoir of liquid hydrocarbons located in Titan’s subsurface and a hypothetical clathrate reservoir that progressively forms if the liquid mixture diffuses throughout a preexisting porous icy layer. To do so, we use a statistical-thermodynamic model in order to compute the composition of the clathrate reservoir that forms as a result of the progressive entrapping of the liquid mixture. This study shows that clathrate formation strongly fractionates the molecules between the liquid and the solid phases. Depending on whether the structures I or II clathrate forms, the present model predicts that the liquid reservoirs would be mainly composed of either propane or ethane, respectively. The other molecules present in the liquid are trapped in clathrates. Any river or lake emanating from subsurface liquid reservoirs that significantly interacted with clathrate reservoirs should present such composition. On the other hand, lakes and rivers sourced by precipitation should contain higher fractions of methane and nitrogen, as well as minor traces of argon and carbon monoxide.
In base alla ricostruzione, il metano, sotto forma di pioggia, raggiunge la superficie e penetra nel sottosuolo, rifornendo le riserve sotterranee. Qui, però, avverrebbe una trasformazione in propano ed etano ad opera di composti chiamati clatrati. Questi nuovi serbatoi sotterranei, a loro volta, potrebbero alimentare alcuni fiumi e laghi.
"Sapevamo che una frazione significativa dei laghi sulla superficie di Titano poteva essere collegata ai giacimenti liquidi nascosti sotto la crosta di Titano, ma non sapevamo come potevano interagire", spiega Mousis.
"Ora, che abbiamo modellato l'interno della luna con grande dettaglio, abbiamo un'idea migliore di come questi laghi o mari nascosti potrebbero essere".
I ricercatori hanno simulato la diffusione del liquido contenuto in un serbatoio sotterraneo di idrocarburi nella crosta ghiacciata della luna, scoprendo che si potrebbe formare un nuovo "giacimento" grazie ai clatrati, sul fondo del serbatoio originale, dove gli idrocarburi incontrano strati di ghiaccio non porosi (vedi immagine in apertura).
I clatrati sono composti in cui l'acqua forma una struttura cristallina con piccole gabbie in grado di intrappolare altre sostanze come il metano e l'etano.
Sulla Terra, i clatrati che contengono metano si trovano in alcuni sedimenti polari e oceanici. Su Titano, la pressione e la temperatura di superficie consentono ai clatrati di intrappolare idrocarburi liquidi quando vengono a contatto con il ghiaccio d'acqua. Questi composti potrebbe rimanere stabili fino a diversi chilometri sotto la superficie e sono pensati per essere elementi chiave anche in altri processi, come custodire gli ingredienti chiave per la vita.
Una caratteristica interessate dei clatrati, spiega Mousis, è che possono frazionare ed intrappolare le molecole, suddivise in miscele di fasi liquide e solide. Per questo motivo, gli scienziati sospettano che i clatrati siano responsabili anche di altri fenomeni insoliti su Titano, tra cui l'esaurimento dei gas nobili pesanti nell'atmosfera della luna e le variazioni nel raggio polare.
Funzionerebbero come una vera e propria raffineria, interagendo con il metano liquido all'interno del lago originale sotterraneo di idrocarburi, cambiandone lentamente la composizione in propano o etano.
Questo processo si mostrerebbe fino in superficie, dove i laghi alimentati dai nuovi serbatoi avrebbero lo stesso tipo di composizione a base di propano ed etano, mentre quelli alimentati dalle precipitazioni sarebbe formati principalmente da metano, azoto, tracce di argon e monossido di carbonio.
"Ciò significa che potremmo essere in grado di osservare la composizione dei laghi di superficie e sapere cosa sta accadendo in profondità", dice Mousis.
La missione Cassini Solstice, estesa fino al 2017, offrirà ancora agli scienziati la possibilità di esplorare i laghi e i mari di Titano, con altri 54 sorvoli ravvicinati.
"Comprendere il ciclo idrologico di Titano è uno degli obiettivi più importanti della missione estesa della Cassini", ha detto Nicolas Altobelli, project scientist Cassini-Huygens dell'ESA.
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