14. óra Bolygók és holdak felszínfejlődése (H.H.–B.Sz.)

A bolygók és holdak felszínfejlődése

A bolygó felszíne hosszú történet egyetlen pillanata. Az égitest összeállása, belső felmelegedése, becsapódásai és légkörének változásai mind alakítják a tájat. Az összehasonlítás célja annak megértése, hogyan indultak részben hasonló folyamatokból a ma nagyon különböző bolygók és holdak, és miért nem ugyanazt az utat járják be.

A Naprendszer égitestjeinek eltérő felszínfejlődés-története

Szakkifejezések

• akkréció — kisebb testek összegyűlése
• bolygókezdemény — növekvő, még kialakuló égitest
• óriásbecsapódás — bolygóméretű fejlődést módosító ütközés
• elsődleges kéreg — korai megszilárdulásból származó kéreg

Rövid összefoglaló: A legkorábbi felszínek sokszor elpusztultak, ezért a mai tájból csak a történet egy része olvasható vissza.

A Naprendszer körülbelül 4,6 milliárd éves története rövidebb a Világegyetem teljes történeténél. A bolygók növekedése közben sok ütközés történt, és a nagy energia megolvaszthatta vagy átrendezhette a korai felszíneket. A mai kéreg ezért nem feltétlenül az első megszilárdult réteg. A kutató legkorábbi megőrzött nyoma és a bolygó tényleges születése között jelentős különbség lehet.

Az óriásbecsapódások az összeálló égitest korábbi felszínét teljesen átalakíthatják. A Föld–Hold rendszer esetében a Mars méretű Theia ütközése szolgál magyarázatként. Az előadás a Merkúr nagy vasmagját a köpeny egy részének elvesztésével, a Vénusz fordított forgását és a Mars észak–déli kettősségét szintén lehetséges ütközési történetekkel kapcsolja össze. Ezek eredetmagyarázatok: a történet korai eseményeit a megmaradt tulajdonságokból próbáljuk visszaolvasni. A külső holdak egykori felszínét sok helyen későbbi működés írta felül, a kisbolygók töredezettségéről pedig a meteoritok is tanúskodnak.

A noachi Mars nagy medencéi, köztük a Hellas és az Argyre, már a legkorábbi megőrzött korszakban létrejöttek. A kráterperemek erősen lepusztultak, a belsejük feltöltődött, miközben a későbbi nagy völgyek még nem magyarázzák ezt a korai pusztulást. A heszperi korszakban a vulkanizmus és a lávaelöntések kerülnek előtérbe; az amazoni korszakban különösen a szél és a jég munkája feltűnő. A korszakváltás a jellemző folyamatok arányának megváltozását jelenti. Fiatal lávafolyások a későbbi korszakból is ismertek. A kezdeti kráteres állapothoz a nagy becsapódó testek elfogyása után pusztán várakozással nem lehet visszatérni: „ez egy visszafordíthatatlan folyamat”.

A kráteres felszínek kialakulása és megőrzése

Szakkifejezések

• becsapódási fluxus — adott idő alatt érkező testek gyakorisága
• késői nagy bombázás — a korai ütközési történet egyik vitatott modellje
• krátermegőrzés — a becsapódási nyom fennmaradása
• felszínmegújulás — korábbi formák felülírása

Rövid összefoglaló: A korai ütközések nagy medencéket és sűrű kráterezettséget hagytak, de ezeket a későbbi működés eltüntethette.

A fiatal Naprendszerben több bolygópályát keresztező nagy test volt, ezért az ütközések gyakorisága magasabb lehetett. A megszilárdult kérgeken nagy medencék és sok kisebb kráter jelent meg. A holdi Déli-sark–Aitken medence, valamint a marsi Hellas és Argyre ilyen korai történet fontos nyoma. A becsapódások pontos időbeli lefutása és egy esetleges későbbi felfutás mértéke modell- és adatértelmezési kérdés.

A kevéssé aktív égitestek ősi felszínei sok nyomot megőriznek. A Földön a lemeztektonika, a vulkanizmus és az erózió a korai kráteres táj jelentős részét eltüntette. A hiányzó kráter nem feltétlenül hiányzó becsapódást jelent: a nyom később elpusztulhatott. A mai kráteres állapot ezért a becsapódások és a felszínmegújulás közös eredménye. A korai, nagy testekben gazdag környezet nem ismétlődik meg egyszerűen attól, hogy sokáig várunk; a Naprendszer anyagkészlete és dinamikája időközben átalakult.

A belső hő és a vulkáni felszínmegújulás

Szakkifejezések

• akkréciós hő — összeálláskor és ütközésekkor felszabaduló hő
• radiogén hő — radioaktív bomlásból származó hő
• árapályfűtés — változó gravitációs deformáció hőtermelése
• árbasalt — nagy területet beborító bazaltos elöntés

Rövid összefoglaló: A bolygók hőkészlete és hőleadásának módja megszabja, milyen erősen és milyen ütemben újul meg a felszín.

A korai ütközések hőt termeltek, a radioaktív izotópok bomlása pedig később is fűti a belsőt. A kisebb testek általában gyorsabban hűlnek, mert térfogatukhoz képest nagyobb a hőleadó felszínük. A kéreg hőszigetelő tulajdonsága és a belső áramlások azonban módosítják a lehűlés ütemét. A hőtermelés hosszú távú csökkenése ezért nem jelent mindenütt egyenletesen gyengülő felszíni vulkanizmust.

Az Io példája a kenyér és a pogácsa hűlésével szemléltethető: a kisebb testnek gyorsabban kellene kihűlnie, mégis erősen vulkanikus. A Jupiter hatására változó alak és az ebből származó súrlódás folyamatos árapályfűtést ad. A Vénuszra bemutatott modellben a vastag kéreg szigetel, a belső hő felhalmozódik, majd nagyszabású felszínmegújulás következhet. Az előadás ezt lehetséges magyarázatként vezeti be, nem közvetlenül megfigyelt eseményként.

A földi Dekkán és Szibéria nagy bazaltelöntései azt mutatják, hogy a vulkanizmus időben szakaszos is lehet. A marsi csendes időszak sem bizonyítja, hogy a belső működés végleg véget ért. A belső hő általános fogyása és a felszínre jutás üteme két külön kérdés. A vulkáni kigázosodás a légkört is táplálja, ezért a vízi felszínalakítás feltételei és a belső működés összekapcsolódhatnak.

A légkör, a víz és az élet felszínalakító szerepe

Szakkifejezések

• erózió — anyag lepusztítása és elszállítása
• üledékképződés — hordalék felhalmozódása
• regolit — laza felszíni törmelék
• biogeomorfológia — az élővilág felszínalakító hatásának vizsgálata

Rövid összefoglaló: A vulkáni és becsapódási formákat a víz, a szél és a jég átformálja; a Földön az élővilág is alapvető szerepet kap.

Légkör és megfelelő hőmérséklet mellett a víz lepusztít, szállít és lerak. A Mars korai krátereinek tompult peremei és feltöltött belseje intenzív módosulásról árulkodnak, de a nyomokból nem mindig rekonstruálható egyetlen folyamat. A völgyhálózatok, az áradási csatornák, a vulkáni elöntések és az üledékek különböző időszakokban fedhették egymást. A szél és a jég ma is mozgatja vagy átrendezi a felszíni anyagot.

A felszínalakítás hierarchiájában először a kívülről érkező becsapódások dominálnak. A belső működés másodlagos, vulkáni kérget hoz létre, amelyet a víz és a szél továbbalakít. A biogeomorfológia újabb szint: az élővilág megváltoztatja a lefolyást, a gyökerek megkötik az anyagot, talaj képződik, és biológiai eredetű mészkő is felhalmozódhat. Az élet tehát a felszín működésének résztvevője.

Az előadás a növényzet nélküli korai Föld lehetséges poros táját a Marshoz hasonlítja. Ez gondolatkísérlet arról, hogy a szabadon mozgó törmelék és a növényzettel megkötött felszín másként reagál a szélre. A bolygók útjai a légkör, a víz, a belső hő és az élet eltérő feltételei miatt szétválnak; a mai állapotuk egy hosszú történet pillanatfelvétele.

A Hold felszínfejlődési korszakai

Szakkifejezések

• rétegtani időszak — események és rétegek szerint elkülönített időegység
• korreláció — különböző területek időbeli összevetése
• medencefeltöltés — anyag felhalmozódása egy mélyedésben
• sugársávos kráter — feltűnő kidobott anyagot mutató becsapódási forma

Rövid összefoglaló: A Hold egymás után keletkezett felszíni egységeinek elkülönítése világossá teszi a mai táj összetettségét.

Don Wilhelms holdfejlődési ábrái időbeli szeletekre bontják a geológiai térképet. Egy-egy képen csak az adott korszakból ma is látható felszínek maradnak meg. A pre-Nectaris időszakhoz a legősibb medencék és felszíndarabok tartoznak. A bemutatott régi modell a Procellarum területét is nagy medenceszerkezetként értelmezi. A nectari időszakban újabb becsapódások és felföldi törmelékek jelennek meg; ezekhez az Apollo 16 mintái is kapcsolódnak.

Az imbriumi időszak nagy eseménye az Imbrium medencéjének kialakulása; az Orientale szintén e nagy medenceképződési szakaszhoz tartozik. A korai és késői imbriumi felosztásban a becsapódási felszíneket egyre nagyobb lávaelöntések egészítik ki. Ezek a Föld felé néző oldalon kiterjedtek, a túlsó oldalon kisebb területekre korlátozódnak. Whitaker vörös és kék szűrős térképezése a bazaltos egységek elkülönítésének korai eszköze volt. A lávák és a kisebb kráterek később egymásra települnek.

Az eratoszthenészi krátereknek már nincs feltűnő sugársávrendszerük. A kopernikuszi időszakban a Tycho és a Copernicus fiatal kidobott anyaga uralja a telihold képét; néhány fiatalabb vulkáni terület kivételként még megjelenik. A geológiai térkép a korábbi korszakokból a későbbi események után is látható felszíneket ábrázolja. Az idősebb, teljesen betakart réteg ettől még létezhet a mélyben. A térkép színei a különböző korszakokat különítik el: a bemutató a kopernikuszi sárga és az eratoszthenészi zöld egységeket is összeveti.

A Mars Hellas és Argyre medencéjét a Hold Imbrium és Orientale medencéjével együtt szemlélve a Naprendszer nagy medenceképződési korszakát vizsgálhatjuk. A Föld, a Hold, a Mars és a Merkúr időskáláinak párhuzamos elrendezése és a térképek kiszínezése az események rendszerbe foglalását szolgálja.

A bolygók fejlődése a jövőben

Szakkifejezések

• luminozitás — a csillag teljes energiakisugárzása
• lakhatósági zóna — felszíni folyékony vizet megengedő feltételekhez kapcsolt térség
• üvegházhatás — a hősugárzás légköri elnyelésének melegítő hatása
• exobolygó — más csillag körül keringő bolygó

Rövid összefoglaló: A csillag és a légkör változása a jövőben más felszínalakító feltételeket hozhat létre.

A Nap fényességének növekedésével a lakhatósági zóna kifelé tolódik. A halvány fiatal Nap paradoxona abból adódik, hogy a korábbi gyengébb besugárzás mellett is találunk folyékony vízre utaló nyomokat. Az előadás gondolatmenetében a vulkáni eredetű üvegházgázok ellensúlyozhatták a kisebb napenergiát; a szén-dioxid későbbi csökkenése pedig egy ideig a Nap erősödését kompenzálhatta.

A bemutatott jövőmodellben az egyre erősebb besugárzás fokozza a párolgást. A vízgőz további üvegházhatást okoz, ami újabb melegedést indít: a visszacsatolás végül az óceánok elvesztéséhez vezethet. Az élővilág feltételei már a Nap vörös óriássá válása előtt megszűnhetnek; a legellenállóbb élőlények tovább maradhatnak fenn, mint a mai összetett ökoszisztémák. Ezek a jövőre vonatkozó modellek, nem már lezajlott események.

A víz nélküli Föld felszínén más folyamatok dominálnának, és a lemeztektonika későbbi működése is kérdésessé válik. Egy bolygó történetét lezárhatja belső hőjének elfogyása, de a légkör vagy a víz korábbi elvesztése is más pályára terelheti. Az idősebb exobolygók olyan fejlődési állapotokat mutathatnak, amelyekre a Naprendszer mai példái között nincs megfelelő. Az előadás központi gondolata: „az égitestek sokkal több arcot mutatnak az élet történetük során mint amit most látunk ezen a pillanatfelvételen”.

Mit tanultál a leckéből

• A Naprendszer égitestjeinek eltérő felszínfejlődés-története: A fiatal bolygókat sok ütközés érte. A legelső tájaik gyakran eltűntek, ezért csak megmaradt részletekből dolgozhatunk.
• A kráteres felszínek kialakulása és megőrzése: A régi becsapódási nyomokat új láva vagy erózió eltüntetheti. A nyom hiánya nem bizonyítja, hogy nem történt ütközés.
• A belső hő és a vulkáni felszínmegújulás: A bolygók belsejében hő van, ami vulkánokat működtethet. Egy holdat a nagy bolygó változó húzása is fűthet.
• A légkör, a víz és az élet felszínalakító szerepe: A szél, a víz, a jég és a Földön az élőlények is alakítják a tájat. Ezek együtt dolgoznak, nem mindenütt ugyanúgy.
• A Hold felszínfejlődési korszakai: A kutatók a mai felszínt régi eseményekre bontják. Így látszik, mi keletkezett előbb, és mi takarta be később.
• A bolygók fejlődése a jövőben: A Nap lassú változása a bolygók körülményeit is módosítja. A mai táj ezért nem az égitest egyetlen lehetséges arca.

Útravaló: Minden bolygófelszín a rendelkezésre álló anyag, energia és idő sajátos közös története.