Zpět na články

Kryovulkanismus na Cereře, aneb když sopky chrlí led: Druhá část

V předchozím díle jsme si ukázali, jak vznikly tajuplné světlé skvrny nacházející se v impaktním kráteru Occator na povrchu Cerery. Výzkum jejich tvarů a složení naznačil, že za jejich vznikem musíme hledat projevy kryovulkanismu. Zvláštní formy sopečné činnosti, během které je na povrch vyvrhována směs vody, krystalků ledu, různých solí a plynů. A jak si ukážeme v tomto díle, nejsou to jediné důkazy existence kryovulkanismu na Cereře, které máme k dispozici. Jak totiž odhalil výzkum nejvyšší hory Cerery, proces kryovulkanismu je pevně spjat i s jejím vznikem.

Kráter Occator Kráter Occator, zdroj: NASA/JPL-Caltech

Izolovaná hora Ahuna Mons je s výškou čtyř kilometrů nejvyšší horou Cerery. Má značně nepravidelný tvar – v jednom směru je 21 kilometrů široká, v druhém jen 13 kilometrů – a rozkládá se na vrcholku 30 kilometrů široké vybouleniny.

Když byla Ahuna Mons poprvé spatřena, zvažovali jsme, jestli hora nemohla vzniknout tektonickými pochody způsobenými dopadem velkého tělesa na Cereru, podobně jako je tomu v případě některých vysokých hor na Měsíci. Během srážky tělesa s asteroidem totiž může být uvolněno obrovské množství energie schopné vyzdvihnout horninové bloky do značné výšky.

Nicméně výzkum okolí hory Ahuna Mons ukázal, že v tomto případě jsou tyto úvahy liché. V okolí hory se totiž nenachází pozůstatky po dostatečně velkém impaktním kráteru, který by podobný výzdvih dokázal způsobit. A co víc, v jejím okolí se nenachází ani žádné stopy po kompresi, která by tektonické procesy musela nutně doprovázet.

Ahuna Mon Ahuna Mon, zdroj: NASA/JPL-Caltech

Obr.: Výšková mapa části povrchu Cerery s horou Ahuna Mons, kde tmavě modrá označuje oblasti s nejnižší topografickou výškou, bílá s nejvyšší. Výškové převýšení snímku je přibližně 9 kilometrů. V okolí hory je dobře viditelná vyboulenina, která je částečně narušena přibližně 40 kilometrů širokým impaktním kráterem. Na vrcholku hory je vidět řada trhlin a hřebenů o různé délce a orientaci.

Absence povrchových známek tektonických procesů navíc vylučuje i další možné vysvětlení – diapirismus. Tedy proces, během kterého je více mobilní a duktilní materiál vtlačován do křehce se chovajících nadložních vrstev hornin, čímž může dojít k vyboulení části povrchu a jeho popraskání.

Vysvětlení jejího vzniku bylo proto potřeba hledat jinde; konkrétně ve výlevu velkého množství vysoce viskózního materiálu. Usuzujeme na to na základě řady trhlin a hřebenů viditelných na vrcholku hory. Jejich rozmístění a tvary vypadají, že vznikly během epizodického vytlačování materiálu v procesu podobného vzniku a vývoji pozemského lávového dómu. Zvláštního druhu sopky tvořeného silikátovým magmatem o velice vysoké viskozitě, tedy taveninou, která velice špatně teče.

S ohledem na složení Cerery, na které vodní led hraje významnou složku v plášti i kůře, je ale přítomnost silikátového magmatu na povrchu Cerery značně nepravděpodobná. Na základě pozorování, modelování a výsledků spektrálních měření se proto domníváme, že hora je namísto silikátů tvořena směsí vodního ledu, solí a možná i úlomků některých hornin (např. jílů) pocházejících z hlubších partií Cerery.

A to v takovém množství, že vystupující vodní led nestíhá zcela sublimovat do okolního prostoru. Pravděpodobně tak před sebou máme jeden z nejvýraznějších případů kryovulkanismu, jaký se doposud podařilo ve sluneční soustavě nalézt.

A tím náš výčet nekončí. V několika oblastech se totiž povedlo objevit vybouleniny, které svým vzhledem připomínají vyklenutí povrchu pod horou Ahuna Mons. Na základě výsledků numerického modelování chování směsi ledu a solí se domníváme, že tyto vybouleniny kdysi vypadaly podobně jako hora Ahuna Mons dnes. Směs ledu a solí, která horu Ahuna Mons utváří, není totiž v čase stálá. Má tendenci se v dlouhodobém časovém měřítku roztékat od místa výlevu do svého okolí, a tím vlastně neustále rozšiřovat horu na úkor její výšky.

Tento proces, během kterého dochází k uvolňování povrchového napětí plastickým tečením horninových vrstev, se odborně nazývá viskózní relaxace a jedná se o proces známý i z jiných těles sluneční soustavy. Výsledky modelování dále naznačují, že proces viskózní relaxace by měl být schopen významně přetvořit podobu hor v řádů desítek až stovek miliónů let.

Pokud tomu tak skutečně je, pak hora Ahuna Mons představuje nejmladší projev výlevného kryovulkanismu na povrchu Cerery, kdežto ostatní vybouleniny jsou mnohem starší a dokládají, že historicky kryovulkanismus probíhal na povrchu Cerery na řadě dalších míst.

O přítomnosti kryovulkanismu na Cereře ale vypovádají i další stopy zapsané do povrchu. V okolí některých impaktních kráterů, například kráterů Haulani, Kupalo nebo Ikapati, můžeme spatřit hladké pláně a zvláštní útvary, které musely vzniknout pohybem materiálu v procesu tečení. Ukazuje na to jejich tvar, lalokovité či terasovité zakončení, ale také množství několik desítek až stovek metrů širokých proláklin rozesetých na jejich povrchu.

Tyto útvary se nacházejí zpravidla na okrajích impaktních kráterů či přímo v nich. V některých případech, například u proudu uvnitř impaktního kráteru Occator, je dokonce možné pozorovat, že materiál byl po krátkou vzdálenost schopen téci do kopce. To naznačuje, že materiál musel být ze svého zdroje aktivně vytlačován, aby se proti topografickému gradientu mohl pohybovat.

Počítačem vygenerovaný ukloněný pohled na svahy hory Ahuna Mons. Na snímku jsou dobře patrné malé brázdy na úbočí hory naznačující existenci svahových procesů Ahuna Mons, zdroj: NASA/JPL-Caltech

Obr.: Počítačem vygenerovaný ukloněný pohled na svahy hory Ahuna Mons. Na snímku jsou dobře patrné malé brázdy na úbočí hory naznačující existenci svahových procesů

Materiál, který tvoří tyto útvary, má rozdílné chemické složení než okolní horniny. Je totiž tvořen minerály ze skupiny karbonátů, kdežto okolní pláně tvoří převážně minerály ze skupiny fylosilikátů. To napovídá, že původ materiálu musíme hledat jinde než v samotném kráteru; a to pod jeho povrchem. Rozdílné chemické složení a pohyb proti topografickému gradientu navíc vylučuje možnost, že útvary vznikly utuhnutím roztaveného materiálu vyvrženého při vzniku samotného impaktu.

Jeví se proto pravděpodobné, že zde máme co do činění s útvary vzniklými tečením tzv. kryolávy, směsi čpavku a vody, která je i za nízkých teplot schopná po určitý čas pohybu. Toto vysvětlení navíc podporuje i množství malých depresí rozesetých po povrchu těchto útvarů.

Pravděpodobně se totiž jedná o pozůstatek rapidního úniku plynů do okolního prostředí blízkého vakuu ze struktury kryolávy. Snímky v nepravých barvách navíc ukazují, že materiál, který tyto útvary tvoří, má stejnou namodralou barvu jako materiál, který tvoří horu Ahuna Mons. Zbytek Cerery se přitom na snímcích v nepravých barvách jeví načervenale. Napovídá to, že tyto zvláštní útvary mohou mít stejné chemické složení, a tedy i zdroj materiálu jako čtyři kilometry vysoký kryovulkán.

Důvody vzniku kryovulkanismu

Trpasličí planeta Ceres je slabě diferenciovaným světem, jehož kůra je tvořená směsí vodního ledu, hornin a fylosilikátů bohatých na čpavek. Z výzkumu tvaru – těleso je v hydrostatické rovnováze – a z přítomnosti světlých skvrn na povrchu se domníváme, že Ceres skrývá v hloubce přesahující 50 kilometrů oceán kapalné vody nejspíše významně obohacený o různé soli.

Je proto možné, že se v některých oblastech nachází kapsy (nebo případně i globální vrstva) chloridové solanky schopné za určitých podmínek vystoupit v kapalném stavu až k povrchu. A jsou to právě srážky Cerery s jinými tělesy, které mohou výstup chloridové solanky usnadnit.

Během srážek může totiž dojít k narušení celistvosti kůry Cerery a ke vzniku sítě prasklin, po kterých může směs kapaliny a plynů vystoupit k povrchu a umožnit vznik kryovulkanismu. Srážky mohou navíc zapříčinit i vyzdvižení materiálu z hlubších partií blíže k povrchu, tedy do oblasti s menším litostatickým tlakem.

Pokles tlaku může umožnit vodě a dalším rozpuštěným plynům, hlavně metanu a oxidu uhličitému, se z kapalné fáze uvolnit a vytvořit bublinky, které během výstupu k povrchu budou kvůli klesajícímu litostatickému tlaku zvětšovat svůj objem, podobně jako na objemu narůstají bublinky v otevřené láhvi minerálky.

Expandující bublinky mohou sítí prasklin vystoupat až k povrchu a vynést s sebou na povrch směs vody a solí, díky čemuž by mohlo dojít k ledové erupci. Ať už výlevné nebo explozivní v závislosti na množství plynů, které se k povrchu dostanou. Jelikož na povrchu Cerery panují podmínky blízké vakuu, není vystoupivší voda stabilní.

Okamžitě začne sublimovat do okolního prostoru, kdežto krystalky soli nikoliv. Ty se proto mohou hromadit na místě erupce a případně (v závislosti na vyvrženém množství a druhu materiálu) vytvořit centrální dóm, světlé skvrny, nebo z části vytvořit kilometry vysokou horu. Navíc je i možné, že i impakty samotné by mohly dát vzniku kryovulkanismu. Během srážky totiž může vzniknout dostatek tepla umožňující roztavení ledu a solí pod povrchem na určitou dobu.

Je kryovulkanismus stále aktivní?

V předchozím textu jsme si ukázali, že se na povrchu Cerery nachází celá řada oblastí, které svým vzhledem dokládají přítomnost dřívějších projevů kryovulkanismu. Na základě výsledků statistické metody počítání četnosti impaktních kráterů umožňující odhadovat stáří povrchu mimozemských těles i relativní stratigrafie umožňující určovat posloupnost stáří jednotlivých geologických jednotek se domníváme, že kryovulkanismus byl na Cereře aktivní dlouhodobě a to do relativně nedávné doby.

Zatímco různé tvary vyboulenin totiž naznačují, že bylo potřeba desítek až stovek desítek miliónů let, aby se tyto útvary roztekly do své současné podoby, a tedy k jejich vzniku muselo dojít před dávnou dobou, datování z kráteru Occator, který je jen 34 miliónů let starý, naopak naznačuje, že kryovulkanismus se odehrával na Cereře i relativně nedávno. Množství malých impaktních kráterů narušujících dóm a světlé skvrny je totiž velice nízké. Značí to, že tyto útvary nebyly vystaveny vysokému množství dopadů, proto musely vzniknout v relativně nedávné době: před pouhými čtyřmi milióny let.

Haze Occator Haze Occator, zdroj: NASA/JPL-Caltech

Obr.: Když sluneční paprsky začnou dopadat do impaktního kráteru Occator, začne v něm vznikat opar vznášející se nad povrchem. Opar je viditelný jen na snímcích pořízených pod velikým sklonem.

Vyvstává ta před námi otázka, jestli na povrchu Cerery kryovulkanismus vlastně stále neprobíhá, i když třeba jen v omezené míře. Napovídalo by tomu pozorování sondy Dawn, která odhalila, že když je kráter Occator vyfotografován pod určitým úhlem a ve správnou denní dobu, je možné kousek nad jeho povrchem spatřit vznášející se opar.

Přítomnost oparu se dá totiž vysvětlit sublimací vodního ledu v době, kdy do kráteru dopadá pod správným úhlem sluneční světlo, což by naznačovalo, že se vodní led dostává stále na povrch po síti prasklin, a tedy že je neustále doplňován. Je proto možné, že kryovulkanismus je na tomto malém světě stále aktivní. Nicméně na definitivní potvrzení této hypotézy si budeme muset ještě počkat.

Když jsme původně zamířili k Cereře, čekali jsme, že objevíme geologicky mrtvé těleso, které po miliardy let utvářely jen srážky s jinými tělesy. Ceres je totiž poměrně malým světem, který musel již dávno ztratit své vnitřní teplo.

Dočkali jsme se ale značného překvapení. Světa, jehož povrch byl utvářen alespoň z části kryovulkanismem, bizarním jevem, během kterého je namísto lávy vyvrhována směs vodního ledu a solí. Sonda Dawn tak odhalila, že i Cereru můžeme řadit mezi geologicky aktivní tělesa, jejichž povrch byl (spolu)utvářen procesy majícími svůj původ uvnitř samotného tělesa.

Petr Brož a Julie Nováková

Julie Nováková je externí spolupracovnicí Katedry geofyziky MFF UK.

Petr Brož pracuje jako vědecký pracovník v Geofyzikálním ústavu AV ČR, v.v.i., kde se věnuje výzkumu mimozemského vulkanismu.

Použité zdroje



diskuze: 0 příspěvků, nových

Zpět na články