Углеводороды и дегазационные процессы Титана, спутника Сатурна
https://doi.org/10.24930/1681-9004-2020-20-6-873-895
Аннотация
Объект исследований и материалы. Работа содержит обзор имеющейся информации об атмосфере и поверхности Титана, необходимой для разработки концепций формирования углеводородного сырья, включая естественный углеводородный синтез, формирование предбиогенных состояний и зарождение жизни. Наличие гигантских запасов абиогенных углеводородов на Титане представляется чрезвычайно важным для теории генезиса углеводородного сырья на Земле, поскольку любая концепция нафтогенеза, претендующая на непротиворечивое объяснение всей совокупности имеющихся фактов, должна учитывать возможность абиогенного формирования крупных скоплений углеводородов.
Результаты. Показано, что углеводородное многообразие атмосферы и поверхности Титана обеспечивается поступлением эндогенного метана. Дегазационные процессы на Титане имеют специфические формы, обусловленные их протеканием через жидкостную среду: 1) “газлифтинговая дегазация”, формирующая многочисленные небольшие депрессии с повышенным уровнем жидкости и, возможно, являющаяся причиной появления “волшебных островов” в море Лигеи; 2) лимнологические выбросы газообразного метана с последующим интенсивным облакообразованием, развитием метановых бурь и выпадением больших объемов осадков.
Заключение. Наличие на Титане активных дегазационных процессов в сочетании с появившимися моделями внутреннего строения Титана позволят уточнить ранее предложенную схему первичного естественного углеводородного синтеза в глубинах Титана.
Об авторах
Л. К. Малышева
Институт геологии и геохимии УрО РАН
Россия
620016, Екатеринбург, ул. Акад. Вонсовского, 15
Россия
620016, Екатеринбург, ул. Акад. Вонсовского, 15
А. И. Малышев
Институт геологии и геохимии УрО РАН
Россия
620016, Екатеринбург, ул. Акад. Вонсовского, 15
Россия
620016, Екатеринбург, ул. Акад. Вонсовского, 15
Список литературы
1. Дорофеева В.А. (2016) Генезис летучих регулярных спутников Сатурна. Происхождение атмосферы Титана. Геохимия, (1), 11-31.
2. Дунаева А.Н., Кронрод В.А., Кусков О.Л. (2016) Физикохимические модели внутреннего строения частично дифференцированного Титана. Геохимия, (1), 32-55.
3. Иванов К.С. (2018) О возможной максимальной глубине нахождения месторождений нефти. Известия УГГУ, 4(52), 41-49. doi.org/10.21440/2307-2091-2018-4-41-49
4. Кусков О.Л., Дорофеева В.А., Кронрод В.А., Макалкин А.Б. (2009) Системы Юпитера и Сатурна. Формирование, состав и внутреннее строение крупных спутников. М.: Изд. ЛКИ, 576 с.
5. Малышев А.И. (2004) Значение фазовых переходов “газ–жидкость” в эндогенном образовании углеводородного сырья. Докл. AН, 399(3), 384-387.
6. Малышев А.И. (2005) Значение фазовых переходов “газ–жидкость” в эволюции высокотемпературных эндогенных флюидов. Геохимия, (6), 673-680.
7. Малышев А.И. (2015) Газовый фактор в эндогенных процессах. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 324 с.
8. Малышев А.И. (2017) Роль охлаждающих горизонтов в генезисе углеводородных месторождений. Докл. АН, 476(4), 445-447. DOI: 10.7868/S0869565217280192
9. Малышев А.И., Малышева Л.К. (2009а) Планетарные дегазационные процессы и условия возникновения предбиологических состояний на планетах Солнечной системы: I. Земля. Литосфера, (2), 67-77.
10. Малышев А.И., Малышева Л.К. (2009б) Планетарные дегазационные процессы и условия возникновения предбиологических состояний на планетах Солнечной системы: II. Планеты земного типа и планетыгиганты. Литосфера, (3), 64-74.
11. Малышев А.И., Малышева Л.К. (2009в) Планетарные дегазационные процессы и условия возникновения предбиологических состояний на планетах Солнечной системы: III. Малые небесные тела, метеориты и открытый космос. Литосфера, (4), 93-103.
12. Малышева Л.К. (2004) Внеземной вулканизм (информационный обзор). Вулканология и сейсмология, (6), 65-77.
13. Тазиев Г. (1980) Запах серы. М.: Мысль, 222 с.
14. Aharonson O., Hayes A.G., Lunine J.I., Lorenz R.D., Allison M.D., Elachi C. (2009) An asymmetric distribution of lakes on Titan as a possible consequence of orbital forcing. Nat. Geosci., 2(12), 85-854. doi:10.1038/ngeo698
15. Atreya S.K., Adams E.Y., Niemann H.B., Demick-Montelara J.E., Owen T.C., Fulchignoni M., Ferri F., Wilson E.H. (2006) Titan’s methane cycle. Planet. Space Sci., 54,1177-1187. doi:10.1016/j.pss.2006.05.028
16. Barnes J.W., Brown R.H., Soderblom L., Sotin C., Le Mouèlic S., Rodriguez S., Jaumann R., Beyer R.A., Buratti B.J., Pitman K., Baines K.H., Clark R, Nicholson P. (2008) Spectroscopy, morphometry, and photoclinometry of Titan’s dunefields from Cassini/VIMS. Icarus, 195(1), 400-414. doi:10.1016/j.icarus.2007.12.006
17. Birch S.P.D., Hayes A.G., Dietrich W.E., Howard A.D., Bristow C.S., Malaska M.J., Moore J.M., Mastrogiuseppe M., Hofgartner J.D., Williams D.A., White O.L., Soderblom J.M., Barnes J.W., Turtle E.P., Lunine J.I., Wood C.A., Neish C.D., Kirk R.L., Stofan E.R., Lorenz R.D., Lopes R.M.C. (2017) Geomorphologic mapping of Titan’s polar terrains: Constraining Surface Processes and Landscape Evolution. Icarus, 282, 214-236. DOI: 10.1016/j.icarus.2016.08.003
18. Brossier J.F., Rodriguez S., Cornet T., Lucas A., Radebaugh J., Maltagliati L., Le Mouélic S., Solomonidou A., Coustenis A., Hirtzig M., Jaumann R., Stephan K., Sotin C. (2018) Geological Evolution of Titan’s Equatorial Regions: Possible Nature and Origin of the Dune Material. J. Geophys. Res. (Planets), 123, 1089-1112. doi:10.1029/2017JE005399
19. Choukroun M., Sotin C. (2012) Is Titan’s shape caused by its meteorology and carbon cycle? Geophys. Res. Lett., 39, L04201. doi:10.1029/2011GL050747
20. Clark R.N., Curchin J.M., Barnes J.W., Jaumann R., Soderblom L., Cruikshank D.P., Brown R.H., Rodriguez S., Lunine J., Stephan K., Hoefen T.M., Mouélic S.Le, Sotin C., Baines K.H., Buratti B.J., Nicholson P.D. (2010) Detection and mapping of hydrocarbon deposits on Titan. J. Geophys. Res., 115, E10005. doi:10.1029/2009JE003369
21. Cornet T., Cordier D., Bahers T.L., Bourgeois O., Fleurant C., Mouélic S.L., Altobelli N. (2015) Dissolution on Titan and on Earth: Toward the age of Titan’s karstic landscapes. J. Geophys. Res. (Planets), 120, 1044-1074. doi: 10.1002/2014JE004738
22. Cotel A.J. (1999) A trigger mechanism for the Lake Nyos disaster. J. Volcanol. Geotherm. Res., 88, 343-347.
23. Cottini V., Nixon C.A., Jennings D.E., de Kok R., Teanby N.A., Irwin P.G.J., Flasar F.M. (2012) Spatial and temporal variations in Titan’s surface temperatures from Cassini CIRS observations. Planet. Space Sci., 60, 62-71. doi: 10.1016/j.pss.2011.03.015
24. de Kok R.J., Teanby N.A., Maltagliati L., Irwin P.G.J., Vinatier S. (2014) HCN ice in Titan’s high-altitude southern polar cloud. Nature, 514, 65-67. doi: 10.1038/nature13789
25. Faulk S.P., Lora J.M., Mitchell J.L., Milly P.C.D. (2019) Titan’s climate patterns and surface methane distribution due to the coupling of land hydrology and atmosphere.Nat. Astron., doi:10.1038/s41550-019-0963-0
26. Glein C.R. (2015) Noble gases, nitrogen, and methane from the deep interior to the atmosphere of Titan. Icarus, 570-586. doi:10.1016/j.icarus.2015.01.001
27. Griffith C.A., Lora J.M., Turner J., Penteado P. F., Brown R.H., Tomasko M.G., Doose L., See C. (2012) Possible tropical lakes on Titan from observations of dark terrain. Nature, 486(7402), 237-239. doi:10.1038/nature11165
28. Griffith C.A., Owen T., Geballe T.R., Rayner J., Rannou P. (2003) Evidence for the Exposure of Water Ice on Titan’s Surface. Science, 300, 628-630. doi:10.1126/science.1081897
29. Hayes A.G. (2016) The Lakes and Seas of Titan. Ann. Rev. Earth Planet. Sci., 44(1), 57-83. doi:10.1146/annurevearth-060115-012247
30. Hayes A.G., Aharonson O., Callahan P., Elachi C., Gim Y., Kirk R., Lewis K., Lopes R., Lorenz R., Lunine J., Mitchell K., Mitri G., Stofan E., Wall S. (2008) Hydrocarbon lakes on Titan: Distribution and interaction with a porous regolith. Geophys. Res. Lett., 35(9). doi:10.1029/2008gl033409
31. Hayes A.G., Aharonson O., Lunine J.I., Kirk R.L., Zebker H.A., Wye L.C., Lorenz R.D., Turtle E.P., Paillou P., Mitri G., Wall S.D., Stofan E.R., Mitchell K.L., Elachi C., Cassini RADAR Team. (2011) Transient surface liquid in Titan’s polar regions from Cassini. Icarus, 211(1), 655-671. doi:10.1016/j.icarus.2010.08.017
32. Hayes A.G., Birch S.P.D., Dietrich W.E., Howard A.D., Kirk R.L., Poggiali V., Mastrogiuseppe M., Michaelides R.J., Corlies P.M., Moore J.M., Malaska M.J., Mitchell K.L., Lorenz R.D., Wood C.A. (2017) Topographic constraints on the evolution and connectivity of Titan’s lacustrine basins. Geophys. Res. Lett., 4(23). DOI: 10.1002/2017GL075468
33. Hayes A.G., Michaelides R.J., Turtle E.P., Barnes J.W., Soderblom J.M., Mastrogiuseppe M., Lorenz R.D., Kirk R.L., Lunine J.I. (2014) The distribution and volume of Titan’s hydrocarbon lakes and seas. Lunar Planet. Sci., 45, Abstract 2341.
34. Hofgartner J.D., Hayes A.G., Lunine J.I., Zebker H., Lorenz R.D., Malaska M.J., Mastrogiuseppe M., Notarnicola C., Soderblom J.M. (2016) Titan’s “Magic Islands”: Transient Features in a Hydrocarbon Sea. Icarus, 271, 338-349. doi: 10.1016/j.icarus.2016.02.022
35. Hörst S.M. (2017) Titan’s atmosphere and climate. J. Geophys. Res. (Planets), 122(3), 432-482. doi:10.1002/2016je005240
36. Iess L., Jacobson R.A., Ducci M., Stevenson D.J., Lunine J.I., Armstrong J.W., Asmar S.W., Racioppa P., Rappaport N.J., Tortora P. (2012) The Tides of Titan. Science, 337(6093), 457-459. doi:10.1126/science.1219631
37. Janssen M.A., Le Gall A., Lopes R.M., Lorenz R.D., Malaska M.J., Hayes A.G., Neish C.D., Solomonidou A., Mitchell K.L., Radebaugh J., Keihm S.J., Choukroun M., Leyrat C., Encrenaz P.J., Mastrogiuseppei M. (2016) Titan’s surface at 2.18-cm wavelength imaged by the Cassini RADAR radiometer: Results and interpretations through the first ten years of observation. Icarus, 270, 443-459.
38. Langhans M.H., Jaumann R., Stephan K., Brown R.H., Buratti B.J., Clark R.N., Baines K.H., Nicholson P.D., Lorenz R.D., Soderblom L.A., Soderblom J.M., Sotin C., Barnes J.W., Nelson R. (2012) Titan’s fluvial valleys: Morphology, distribution, and spectral properties. Planet. Space Sci., 60(1), 34-51. doi:10.1016/j.pss.2011.01.020
39. Le Mouélic S., Rodriguez S., Robidel R., Rousseau B., Seignovert B., Sotin C., Barnes J.W., Brown R.H., Baines K.H., Buratti B.J., Clark R.N., Nicholson P.D., Rannou P., Cornet T. (2018) Mapping polar atmospheric features on Titan with VIMS: From the dissipation of the northern cloud to the onset of a southern polar vortex. Icarus, 311, 371-383. doi:10.1016/j.icarus.2018.04.028
40. Loose B., Naveira Garabato A.C., Schlosser P., Jenkins W.J., Vaughan D., Heywood K.J. (2018) Evidence of an active volcanic heat source beneath the Pine Island Glacier. Nat. Commun., 9(1). doi:10.1038/s41467-018-04421-3
41. Lopes R.M.C., Kirk R.L., Mitchell K.L., Le Gall A., Barnes J.W., Hayes A., Kargel J., Wye L., Radebaugh J., Stofan E.R., Janssen M.A., Neish C.D., Wall S.D., Wood C.A., Lunine J.I., Malaska M.J. (2013) Cryovolcanism on Titan: New results from Cassini RADAR and VIMS. J. Geophys. Res. (Planets), 118, 416-435. doi:10.1002/jgre.20062
42. Lopes R.M.C., Malaska M.J., Solomonidou A., Le Gall A., Janssen M.A., Neish C.D., Turtle E.P., Birch S.P.D., Hayes A.G., Radebaugh J., Coustenis A., Schoenfeld A., Stiles B.W., Kirk R.L., Mitchell K.L., Stofan E.R., Lawrence K.J., the Cassini RADAR Team. (2016) Nature, distribution, and origin of Titan’s Undifferentiated Plains. Icarus, 270, 162-182. doi:10.1016/j.icarus.2015.11.034
43. Lopes R.M.C., Stofan E.R., Peckyno R., Radebaugh J., Mitchell K.L., Mitri G., Wood C.A., Kirk R.L., Wall S.D., Lunine J.I., Hayes A., Lorenz R., Farr T., Wye L., Craig J., Ollerenshaw R.J., Janssen M., Legall A., Paganelli F., West R., Stiles B., Callahan P., Anderson Y., Valora P., Soderblom L., Cassini RADAR Team (2010) Distribution and interplay of geologic processes on Titan from Cassini radar data. Icarus, 205, 540-558. doi:10.1016/j. icarus.2009.08.010
44. Lora J.M., Lunine J.I., Russell J.L., Hayes A.G. (2014) Simulations of Titan’s paleoclimate. Icarus, 243, 264-73.
45. Lorenz R.D., Lopes R.M., Paganelli F., Lunine J.I., KirkR.L., Mitchell K.L., Soderblom L.A., Stofan E.R., Ori G., Myers M., Miyamoto H., Radebaugh J., Stiles B., Wall S.D., Wood C.A., the Cassini RADAR Team. (2008а) Fluvial channels on Titan: meteorological paradigm and Cassini RADAR observations. Planet. Space Sci., 56, 1132-1144.
46. Lorenz R.D., Mitchell K.L., Kirk R.L., Hayes A.G., Aharonson O., Zebker H.A., Paillou P., Radebaugh J., Lunine J.I., Janssen M.A., Wall S.D., Lopes R.M., Stiles B., Ostro S., Mitri G., Stofan E.R. (2008б) Titan’s inventory of organic surface materials. Geophys. Res. Lett., 35, L02206. doi:10.1029/2007GL032118
47. Lunine J.I., Stevenson D.J., Yung Y.L. (1983) Ethane ocean on Titan. Science, 222, 1229-1230.
48. Mastrogiuseppe M., Poggiali V., Hayes A., Lorenz R., Lunine J., Picardi G., Seu R., Flamini E., Mitri G., Notarnicola C., Paillou P., Zebker H. (2014) The bathymetry of a Titan sea. Geophys. Res. Lett., 41, 1432-1437. doi:10.1002/2013GL058618
49. Niemann H.B., Atreya S.K., Baueret S.J., Carignan G.R., Demick J.E., Frost R.L., Gautier D., Haberman J.A., Harpold D.N., Hunten D.M., Israel G., Lunine J.I., Kasprzak W.T., Owen T.C., Paulkovich M., Raulin F., Raaen E., Way S.H. (2005) The abundance of constituents of Titan’s atmosphere from the GCMS instrument on the Huygens probe. Nature, 438, 779-784. doi:10.1038/nature04122
50. Niemann H.B., Atreya S.K., Demick J.E., Gautier D., Haberman J.A., Harpold D.N., Kasprzak W.T., Lunine J.I., Owen T.C., Raulin F. (2010) Composition of Titan’s lower atmosphere and simple surface volatiles as measured by the Cassini-Huygens probe gas chromatograph mass spectrometer experiment. J. Geophys. Res., 115, E12,006. doi: 10.1029/2010JE003659
51. Rodriguez S., Garcia A., Lucas A., Appéré T., Le Gall A., Reffet E., Le Corre L., Le Mouélic S., Cornet T., Courrech du Pont S., Narteau C., Bourgeois O., Radebaugh J., Arnold K., Barnes J.W., Stephan K., Jaumann R., Sotin C., Brown R.H., Lorenz R.D., Turtle E.P. (2014) Global mapping and characterization of Titan’s dune fields with Cassini: Correlation between RADAR and VIMS observations. Icarus, 230, 168-179. doi:10.1016/j. icarus.2013.11.017
52. Rodriguez S., Le Mouélic S., Rannou P., Sotin C., Brown R.H., Barnes J.W., Griffith C.A., Burgalat J., Baines K.H., Buratti B.J., Clark R.N., Nicholson P.D. (2011) Titan’s cloud seasonal activity from winter to spring with Cassini/VIMS. Icarus, 216(1), 89-110. doi:10.1016/j. icarus.2011.07.031
53. Schaller E.L., Brouwn M.E., Roe H.G., Bouchez A.H. (2006) A large cloud outburst at Titan's south pole. Icarus, 182, 224-229. doi:10.1016/j.icarus.2005.12.021
54. Schaller E.L., Roe H.G., Schneider T., Brown M.E. (2009) Storms in the tropics of Titan. Nature, 460, 873-875. doi:10.1038/nature08193
55. Schneider T., Graves S.D.B., Schaller E.L., Brown M.E. (2012) Polar methane accumulation and rainstorms on Titan from simulations of the methane cycle. Nature, 481, 58-61. doi:10.1038/nature10666
56. Sigurdsson H., Devine J.D., Tchoua F.M., Presser T.S., Pringle M.K.W., Evans W.C. (1987) Origin of the lethal gas burst from Lake Monoun Cameroun. J. Volcanol. Geotherm. Res., 31, 1-16.
57. Sohl F., Solomonidou A., Wagner F.W., Coustenis A., Hussmann H., Schulze, Makuch D. (2014) Structural and tidal models of Titan and inferences on cry-ovolcanism. J. Geophys. Res. (Planets), 119(5), 1013-1036.
58. Solomonidou A., Coustenis A., Lopes R.M.C., Malaska M.J., Rodriguez S., Drossart P., Elachi C., Schmitt B., Philippe S., Janssen M., Hirtzig M., Wall S., Sotin C., Lawrence K., Altobelli N., Bratsolis E., Radebaugh J., Stephan K., Brown R.H., Le Mouélic S., Le Gall A., Villanueva E.V., Brossier J.F., Bloom A.A., Witasse O., Matsoukas C., Schoenfeld A. (2018) The spectral nature of Titans major geomorphological units: Constraints on surface composition. J. Geophys. Res. (Planets), 123, 489-507. doi:10.1002/2017JE005477
59. Stofan E.R., Elachi C., Lunine J.I., Lorenz R.D., Stiles B., Mitchell K. L., Ostro S., Soderblom L., Wood C., Zebker H., Wall S., Janssen M., Kirk R., Lopes R., Paganelli F., Radebaugh J., Wye L., Anderson Y., Allison M., Boehmer R., Callahan P., Encrenaz P., Flamini E., Francescetti G., Gim Y., Hamilton G., Hensley S., Johnson W.T.K., Kelleher K., Muhleman D., Paillou P., Picardi G., Posa F., Roth L., Seu R., Shaffer S., Vetrella S., West R. (2007) The lakes of Titan. Nature, 445, 61-64.
60. Tobie G., Lunine J.I., Sotin C. (2006) Episodic outgassing as the origin of atmospheric methane on Titan. Nature, 440, 61-64. doi:10.1038/nature04497
61. Tomasko M.G., Archinal B., Becker T., Be´zard B., Bushroe M., Combes M., Cook D., Coustenis A., de Bergh C., Dafoe L.E., Doose L., Doute´ S., Eibl A., Engel S., Gliem F., Grieger B., Holso K., Howington-Kraus A., Karkoschka E., Keller H.U., Kirk R., Kramm R., Küppers M., Lellouch E., Lemmon M., Lunine J., McFarlane E., Moores J., Prout M., Rizk B., Rosiek M., Rüffer P., Schröder S.E., Schmitt B., See C., Smith P., Soderblom L., Thomas N., West R. (2005) Rain, wind and haze during the Huygens probe’s descent to Titan’s surface. Nature, 438, 765-778.
62. Turtle E.P., Del Genio A.D., Barbara J.M., Perry E.L., Schaller E.L., McEwen A.S., West R.A., Ray T.L. (2011а) Seasonal changes in Titan’s meteorology. Geophys. Res. Lett., 38, L03203. doi:10.1029/ 2010GL046266
63. Turtle E.P., Perry J.E., Hayes A.G., Lorenz R.D., Barnes J.W., McEwen A.S., West R.A., Del Genio A.D., Barbara J.M., Lunine J.I., Schaller E.L., Ray T.L., Lopes R.M.C., Stofan E.R. (2011б) Rapid and Extensive Surface Changes Near Titan’s Equator: Evidence of April Showers. Science, 331, 1414-1417. doi:10.1126/science.1201063
64. Turtle E.P., Perry J.E., Barbara J.M., Del Genio A.D., Rodriguez S., Le Mouélic S., Sotin C., Lora J.M., Faulk S., Corlies P., Kelland J., MacKenzie S.M., West R.A., McEwen A.S., Lunine J.I., Pitesky J., Ray T.L., Roy M. (2018) Titan’s meteorology over the Cassini mission: evidence for extensive subsurface methane reservoirs. Geophys. Res. Lett., 45, 5320-5328. doi: 10.1029/2018GL078170
65. Wood C.A. (2015) North polar crater and lake basins: a variety of shapes – a single origin? Lunar Planet. Sci., 46, Abstract 2490.
66. Yung Y.L., Allen M., Pinto J.P. (1984) Photochemistry of the atmosphere of Titan – Comparison between model and observations. ApJ., 55, 465-506. doi:10.1086/190963
Рецензия
Для цитирования:
Малышева Л.К., Малышев А.И. Углеводороды и дегазационные процессы Титана, спутника Сатурна. Литосфера. 2020;20(6):873-895. https://doi.org/10.24930/1681-9004-2020-20-6-873-895
For citation:
Malysheva L.K., Malyshev A.I. Hydrocarbons and degassing processes of Saturn’s satellite Titan. LITHOSPHERE (Russia). 2020;20(6):873-895. (In Russ.) https://doi.org/10.24930/1681-9004-2020-20-6-873-895
Просмотров: 467
Послать статью по эл. почте 