حرکت پوسته یخی اروپا بر روی جریانهای گرم اقیانوسی

یک مطالعه جدید از آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا و دانشگاه آکسفورد نشان می‌دهد که چگونه جریان‌های اقیانوسی می‌توانند بر سرعت یا کندی چرخش پوسته یخی اروپا تأثیر بگذارند.

فضاپیمای گالیله ناسا این منظره از اروپا را در دهه 1990 ثبت کرد. این تصاویر سال‌های 1995 و 1998 را نشان می‌دهد. یک مطالعه جدید به توضیح این امر کمک می‌کند که چگونه جریان‌های اقیانوس زیرسطحی می‌توانند پوسته یخی اروپا را به حرکت درآورند و باعث چرخش سریع‌تر یا کندتر آن شوند. تصویر از ناسا / JPL-Caltech / موسسه SETI.

قمر مشتری اروپا، شناخته‌شده‌ترین قمر اقیانوسی در خارج از منظومه شمسی است. یک اقیانوس جهانی بسیار عمیق در زیر پوسته یخی منجمد بیرونی آن قرار دارد. با این حال، این پوسته یخی دانشمندان را متحیر کرده است. چرا؟ زیرا با سرعتی متفاوت از فضای داخلی اروپا می‌چرخد. در 13 مارس 2023، محققان آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا و دانشگاه آکسفورد در بریتانیا گفتند که ممکن است این راز را کشف کرده باشند. مطالعه جدید آن‌ها نشان می‌دهد که جریان‌های بالای اقیانوس، پوسته یخی را به بالای خود فشار می‌دهند، به طوری که پوسته اروپا بر روی جریان‌های گرم اقیانوسی «سواری» می‌کند.

پازل پوسته یخی اروپا

دانشمندان از قبل می‌دانستند که پوسته اروپا به احتمال زیاد شناور آزاد است و در بالای اقیانوس زیری قرار دارد. این به هیچ وجه از نظر فیزیکی به کف اقیانوس متصل نیست، بنابراین می‌تواند جدا از اقیانوس و گوشته سنگی عمیق‌تر بچرخد. اما به نظر نمی‌رسد که این واقعیت به تنهایی به طور کامل توضیح دهد که چرا پوسته با سرعت بسیار متفاوتی می‌چرخد.

مطالعه جدید به توضیح بهتر چگونگی چرخش پوسته با سرعت متفاوت کمک می‌کند. نتایج نشان می‌دهد که جریان‌های اقیانوسی به هل دادن پوسته به اطراف کمک می‌کنند. این اولین مطالعه‌ای است که شواهد قوی برای آن فرآیند پیدا می‌کند. اساساً اقیانوس بر روی پوسته یخی بالای خود کشش و گشتاور اعمال می‌کند. این امر می‌تواند به تسریع – یا کاهش – چرخش پوسته یخ کمک کند.

هامیش هی، نویسنده اصلی، قبلا در آزمایشگاه پیشرانه جت در زمان این مطالعه و اکنون در دانشگاه آکسفورد، گفت:

قبل از این، از طریق آزمایش‌های آزمایشگاهی و مدل‌سازی مشخص شده بود که گرمایش و خنک‌کردن اقیانوس اروپا ممکن است جریان‌ها را هدایت کند. اکنون نتایج ما جفت شدن بین اقیانوس و چرخش پوسته یخی را برجسته می‌کند که قبلا هرگز در نظر گرفته نشده بود.

جریان‌های اقیانوسی می‌توانند زمین شناسی سطح را توضیح دهند

محققان می‌گویند که همین جریان‌های اقیانوسی – و در نتیجه کشش و گشتاور روی پوسته – می‌تواند برخی از ویژگی‌های زمین‌شناسی سطح اروپا را نیز توضیح دهد. همانطور که جریان‌های اقیانوسی به مرور زمان پوسته را فشار می‌دهند و می‌کشند، می‌توانند پوسته را کشیده و منقبض کنند. در نتیجه، شکافها و برجستگی‌هایی می‌توانند ایجاد شوند که در همه جای سطح اروپا وجود دارند. در واقع، به همین دلیل است که مردم اغلب می‌گویند که اروپا شبیه یک تخم مرغ ترک خورده است! یکی از نویسندگان رابرت پاپالاردو در آزمایشگاه رانش جت گفت:

برای من، کاملاً غیرمنتظره بود که آنچه در گردش اقیانوس اتفاق می‌افتد می‌تواند به اندازه کافی بر پوسته یخی تأثیر بگذارد. این یک شگفتی بزرگ بود و این ایده که شکاف‌ها و برآمدگی‌هایی که در سطح اروپا می‌بینیم می‌تواند با گردش اقیانوس در زیر مرتبط باشد. زمین‌شناسان معمولاً فکر نمی‌کنند، “شاید اقیانوس این کار را انجام می‌دهد.”

این عکس فضای داخلی اروپا را به تصویر می‌کشد. پوسته یخی بیرونی در بالای اقیانوس زیرسطحی جهانی شناور است. تصویر از طریق ناسا

گرما در حرکت پوسته یخی اروپا نقش دارد

بنابراین جریان‌های موجود در اقیانوس می‌توانند به حرکت پوسته یخی کمک کنند. اما این جریان‌ها چگونه شکل می‌گیرند؟ برخلاف اقیانوس‌های زمین، اقیانوس جهانی اروپا کاملاً در زیر پوسته یخی پنهان است. پاسخ در این است که چگونه اقیانوس مایع باقی می‌ماند. دانشمندان می‌گویند که گرمای داخلی جریانها را ایجاد می‌کند. ترکیبی از فروپاشی رادیواکتیو و گرمایش جزر و مدی، با نام اصطکاک جزر و مدی، در هسته ماه، آب را از پایین گرم می‌کند و همانطور که همه ما در کلاس علوم آموختیم، آب گرم بالا می‌آید. بنابراین، آب گرمتر به بالای اقیانوس بالا می‌رود.

محققان با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری دریافتند که گردش آب در ابتدا به صورت عمودی حرکت می‌کند. اما پس از آن، چرخش اروپا باعث شد که حرکت افقی آن آغاز شود. جریان‌های حاصل هم به سمت غرب به شرق و هم شرق به غرب حرکت کردند. هنگامی که جریانها به اندازه کافی سریع بودند، نیروی حاصله روی پوسته یخی بالا باعث افزایش سرعت یا کاهش سرعت آن شد. میزان گرمایش در اقیانوس در هر زمان معین می‌تواند سرعت را افزایش یا کاهش دهد.

اقیانوس زیرسطحی اروپا از پایین از راه گرمایش جزر و مد و فروپاشی رادیواکتیو درون سنگی گرم می‌شود، در حالی که از بالا توسط سطح یخ زده آن خنک می‌شود. شبیه‌سازی‌ها و آزمایش‌ها نشان می‌دهد که این امر منجر به همرفت می‌شود که به موجب آن گرما در ستون‌های بالا و پایین‌رفته آب گرم و سرد منتقل می‌شود. این ستون‌ها تحت تأثیر چرخش اروپا قرار دارند و در نتیجه جت‌هایی از جریان‌های اقیانوسی متناوب شرقی-غربی را تشکیل می‌دهند. در سطح، اقیانوس روان بر روی یخ اصطکاک وارد می‌کند و باعث حرکت آن می‌شود.

همانطور که هی اشاره کرد:

این کار می‌تواند در درک این موضوع مهم باشد که چگونه سرعت چرخش دیگر جهان‌های اقیانوس ممکن است در طول زمان تغییر کرده باشد و اکنون که از جفت شدن بالقوه اقیانوس‌های داخلی با سطوح این اجسام اطلاع داریم، ممکن است درباره تاریخ‌های زمین‌شناسی آنها و همچنین اروپا اطلاعات بیشتری کسب کنیم.

کلیپر اروپا

کلیپر اروپا ناسا که قرار است در سال 2024 راه اندازی شود، می‌تواند اندازه‌گیری‌های بهتری انجام دهد. کلیپر باید تعیین کند که پوسته یخی با چه سرعتی می‌چرخد. با در نظر گرفتن این موضوع، محققان می‌توانند تصاویر سطح اروپا را که توسط کلیپر گرفته شده است، با تصاویر قدیمی‌تر گرفته شده توسط گالیله و وویجر مقایسه کنند. با مشاهده ویژگی‌های سطحی خاص، محققان می‌توانند بفهمند که آیا پوسته در این مدت حرکت کرده است یا خیر.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Europa’s icy crust rides on warm ocean currents

Posted by Paul Scott Anderson March 27, 2023

https://earthsky.org/space/europas-icy-crust-ocean-currents/