2019.04.17.

Fém kisbolygó vasvulkánokkal?

Az ötlet nem valamely 19. századi tudományos-fantasztikus regényből ered, hanem többek közt a Santa Cruz-i Kaliforniai Egyetem bolygótudományi kutatóitól, akik a (16) Psyche nevű kisbolygóra 2022-ben tervezett NASA küldetés kapcsán végeztek modellezést. Az aszteroida egy kb. 200 km átmérőjű vas-nikkel darab, a felszínét vas borítja, s azt feltételezik róla, hogy valamely nagyobb égitest, bolygócsíra vasmagja, ill. annak töredéke lehetett esetleg. A korai Naprendszerben egy vasmagra épült bolygókezdeményről egy ütközés könnyedén lesodorhatta a kőzetburkot, magát a kellő mennyiségű radioaktív elem okán olvadt vasmagot pedig érintetlenül hagyhatta. Feltételezhető, hogy a Psyche is így jött létre, egy kb. Mars-méretű bolygó maradványaként. E valószínűsített tulajdonságai miatt is indítják majd hozzá 2022-ben az űrszondát, amely 2026-ban kezdi meg munkáját a kisbolygó körül.
Naprendszerünkben háromféle kéreg található az égitesteken: vagy a Földről is ismert szilikátos kőzetkéreg, vagy számos Naptól távoli égitesten kialakult jeges kéreg, vagy fémből álló. Az első két esetben biztosan van vulkanizmus, a harmadik esetet pedig majd a Psyche-hez indítandó szonda fogja kideríteni.

A kisbolygó modellezése kapcsán merült fel, hogy az olvadt vas hűlése ugyan kezdődhet a középpont felől is, de kezdődhet úgy is, hogy a külső kéreg szilárdul meg elsőként, alatta viszont olvadt állapotban marad még egy darabig a vas. Egyes vasmeteoritok (IVA típusú, pl. a híres Gibeon-meteorit, amelynek darabjaiból a gyönyörű kristályszerkezete miatt ékszereket is készítenek… Lásd a cikk harmadik ábrája) vizsgálata alapján feltételezhető, hogy valóban voltak kívülről-befelé kihűlő fém-aszteroidák, bár az elméletnek vannak ellenzői is, természetesen. Azonban, ha ez a feltételezés igaz, akkor a Psyche vas-lávát kibocsátó vulkánokkal is büszkélkedhetett, attól függően, hogy pontosan milyen összetételű volt a fémolvadék, a vulkanizmus lehetett szelíd lávaáras, illetve akár robbanásos jellegű is. A kéreg viszonylag hamar kialakult, a számítások szerint 20km vastagsághoz elegendő volt kb. egymillió év. A kéregben kialakuló törések mentén juthat a felszínre a belső olvadék, a felszínre kerülve megszilárdul, s ez a folyamat ciklikusan ismétlődhet a kisbolygó felszínének eltérő pontjain.

A fémkéreg és a vasolvadék azonban távolról sem tud olyan könnyen vulkánokat eredményező helyzetbe jutni, a szilikátos kéregnél jóval nehezebben alakulnak ki törések a fémből álló kéregben, ám erre „megoldás” egy-egy becsapódó másik égitest, a becsapódás hatására megváltozó feszültség és a kialakuló törések lehetőséget nyitnak a vasolvadék felszínre jutásához. Abban a korai állapotban, amikor a fém-aszteroida még olvadt vas belsővel bírhatott, a becsapódások is sokkal gyakoribbak voltak, így ez nem valami légből kapott ötlet, hanem valós lehetőség. Egy 1km átmérőjű becsapódó égitest képes a kérget annak aljáig megrepeszteni akkor is, ha a kéreg már több 10 km vastagra hízott. (Hasonló a helyzet a Merkúr vulkánjaival is, ezek is erősen kötődnek a becsapódásokhoz.) A számítások alapján a becsapódás után azonnal bekövetkezhetett a mélyből feltörő olvadék felszínre jutása. Hasonló lehetőség a már megszületett, ám rendkívül nagy becsapódási krátereknél a húzófeszültség kialakulása, ennek viszonylag kevés esélyt adnak a kutatók. A valószínűbb lehetőség az, hogy delaminálódik kéreg alja, vagyis rétegek válnak le róla s süllyednek a mélybe, ez a Földről is jól ismert folyamat, s emiatt alakul ki kellő feszültség az érintett kéreg-régióban. Ezekhez a leválásokhoz alig néhány tízezer éves időtartam szükséges, s eközben gyorsan változik az érintett kéreg-régió feszültsége, teret nyitva az olvadék felszínre jutásához nélkülözhetetlen törések kialakulásának.

Az sem mindegy, hogy mennyi ideje van a vasolvadéknak a felszínre jutni, mivel gyorsan hűlhet, könnyen előfordulhat, hogy a törésben felfelé áramolva belefagy abba és nem éri el a kisbolygó felszínét. A kutatók illó anyagokat nélkülöző olvadék esetére kiszámították, hogy adott hőátadás és áramlási sebesség esetén mi történik a felfelé igyekvő olvadékkal, s arra jutottak, hogy a kellően nagy méretű törések esetén kerülhet a felszínre az olvadék. Amennyiben a felszínre juthat az olvadék, annak mennyisége kb. 40km3 lehet, mielőtt a kéreg feszültsége és az alatta lévő olvadék nyomása közti különbségek kiegyenlítődnek s megszűnik az olvadék felfelé áramlása. (Ez a mennyiségű olvadék a felszínre jutva annyi hőt ad le, amennyi a kisbolygó 10 évnyi időtartam alatti normál hővesztesége.) A folyamat újbóli beindulásához minimum néhány ezer évre van szükség. Az egész kisbolygóra számítva a valaha felszínre kerülő vasláva összes mennyisége nem éri el az égitest ezredrészét, így a vulkanizmus megléte gyakorlatilag nem befolyásolja a kisbolygó áthűlését.
Amennyiben illó anyagok is vannak a vasolvadékban, az természetesen megváltoztatja némiképp a helyzetet, könnyebbé, gyorsabbá teszi az olvadék felszínre jutását. Az illó anyagok közt valószínűleg a kén lehet a leginkább esélyes arra, hogy az összetevők közt jelen legyen, s bár ez eredményezhet pusztán kénből álló kitöréseket is (mint az Io esetén), de esélyesebb, hogy vas-kén elegyek jutnak a felszínre az olvadékkal. Szintén lényeges különbséget eredményez a kitörések jellegében az illó anyagok jelenléte, hasonlóan a földi vulkanizmusban betöltött szerepéhez. A magas illó anyag tartalmú magmából nem csendes lávaár, hanem robbanásos kitörés jön létre. A kutatók azonban úgy vélik, hogy a Psyche kialakulása során az eredeti égitest a becsapódással elveszítette az illó anyagainak az elsöprő többségét, így egészen csekély csak az esélye annak, hogy a vulkanizmusában jelentős szerep jutna az illóknak. Ahhoz, hogy erről mégis lehessen valami számítást végezni, pontosan ismerni kell az illók mennyiségét, s azt, hogy ezek miként válnak ki az olvadékból; ilyen információ viszont nem áll rendelkezésre.

Kérdés az is, hogy vajon a Psyche felszínén milyen nyomai lehetnek az ősi vulkanizmusnak? Mivel az aktív időszak több milliárd éve zajlott, mára a legtöbb nyomot eltörölhették a későbbi becsapódások, s a látható jeleit nehéz lenne egyértelműen felismerni (a tévedések lehetősége nélkül). Azonban, ha mégis megtaláljuk majd e vulkanizmus nyomait, az lehet, hogy a becsapódási kráterekkel összefüggésben lesz majd jelen (lásd Merkúr), s ebből a kisbolygó kérgének egykori feszültségi viszonyairól tudunk majd következtetéseket levonni. A valószínűsíthetőbb lávaáras kitörések nyomai egymásra települt, különböző korú rétegeket jelentenek majd. Ha mégis volt robbanásos kitörés, az ezek során távozott anyag jó eséllyel elérhette a szökési sebességet, így ezekből nem sok azonosítható lerakódás maradhatott az aszteroidán.
A vasvulkánok valaha volt működésére a vasmeteoritok adhatnak bizonyítékot: igen gyors (gyakorlatilag azonnali) az olvadék hűlése, ha az egy égitest felszínére jut, ám igen lassú, ha annak mélyén, lassan veszíti el csak a melegét. Ezek a folyamatok a fémek kristályosodásában tetten érhetőek, illetve az összetételében is jelentős eltérések lesznek. A felszínen kihűlt olvadékban nincs idejük elkülönülni a benne lévő egyéb (nem illó) elemeknek, mint pl. a gallium, germánium iridium, így ezekből az elemekből jóval többet találhatunk a felszínen kihűlt vaslávából meteoritokban. Az ilyen meteoritok lesznek azok, amelyekben a legnagyobb arányban találjuk meg ezen elemeket. Ha a vulkanizmus robbanásos jellegű, akkor a meteoritok a gázbuborékokat is magukkal hozzák, de a kitörések kis mennyiségű anyaga miatt valószínűleg iszonyúan ritka lehet az ilyen meteorit. A kisbolygó felszínén rendkívül nehezen (vagy egyáltalán nem) felismerhető egykori vasvulkánok nyomainál sokkal jobb bizonyítékot adhatnak a vasmeteoritok.

Egy másik kutatócsoport a kaliforniaiaktól teljesen függetlenül jutott hasonló eredményre a Psyche-t illetően, bár lényeges különbség az ő esetükben, hogy az aszteroida sűrűség-anomáliáját magyarázták a vasvulkánokkal. Az ő elképzelésükben a Psyche nem puszta vas, hanem egy nagy vasmagon ülő vékony szilikátos kéreggel rendelkező égitest, vagyis a keletkezéskor nem a teljes felszínt vitte le az ütközés. A vasvulkánok azonban náluk is jelentős szerepet kaptak, ám az olvadék összetétele eltérő, kénben gazdag vas-nikkel elegy tört a felszínre, s az ő értelmezésük alapján e tevékenység bizonyítékát a pallazit (vas-nikkel alapba ágyazódott nagyméretű olivin-kristályokat tartalmazó, lásd a negyedik ábrán) meteoritok nyújthatják.
Az űrszonda persze majd jócskán ad válaszokat a felmerült kérdéseinkre, azonban a fő célja az lesz majd a küldetésnek, hogy a Psyche jóvoltából a saját bolygónk vasmagjáról szerezzünk információt, ugyanis még mindig jóval könnyebb űrhajót küldeni párszáz millió kilométerre, mint leásni 2800 km mélyre.

A kutatási eredményt a Geophysical Research Letters fogja majd közölni, online az egyetem honlapján olvasható.

A másik kutatásról az 50. Hold- és Bolygótudományi Konferenciára vitt előadás összefoglalója.

Landy-Gyebnár Mónika
(További fordítások a szerzőtől facebookon:  Égen – Földön – Föld alatt)

Nincs még értékelés

Értékelés

About the Author: