Paläoklima auf dem Saturnmond Titan unter methan-angereicherten Bedingungen
Astrophysik und Astronomie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses Projekt erforschte die Merkmale des möglichen Paläoklimas des Saturnmondes Titan in ferner Vergangenheit mit einem globalen Klimamodell unter der Annahme, dass ein deutlich größeres Methanreservoir existierte als heute. Für die numerischen Simulationen des Paläoklimas wurden auf der Basis von geologischen Studien zwei völlig unterschiedliche Szenarien des zeitlichen Verlaufs des Methanreservoirs auf Titan angenommen. Im ersten Teil des Projektes wurde angenommen, dass die Titan-Atmosphäre über lange Zeiträume kein Methan enthielt, aber danach durch einige hundert Millionen Jahre andauernde vulkanische Ausgasung mit Methan angereichert wurde. Unter dieser Bedingung prognostizierte das Klimamodell dramatische Klimaveränderungen, bei denen die global gemittelte Bodentemperatur hauptsächlich wegen der variierenden Stärke des Treibhauseffektes und der Eis-Albedo-Rückkopplung um bis zu 15 K schwankte. Der Großteil des vulkanisch emittierten Methans wurde als Bodenfrost abgelagert, wodurch eine globale Abkühlung verursacht wurde, während kein galoppierender Treibhauseffekt ausgelöst wurde. Wegen der sehr großen Menge des emittierten Methans wurde schließlich der gesamte Globus mit Methanfrost bedeckt. Nach dem Ende der Methan-Ausgasung verschwand die globale Methan-Eisschicht allmählich durch Sublimation und anschließende Photolyse. Lediglich die Methan-Polkappe existierte bis in die geologisch junge Vergangenheit und schmolz schließlich, wodurch die heutigen methan-reichen polaren Seen erklärt werden können. Im zweiten Teil des Projektes wurde dagegen angenommen, dass Titan in ferner Vergangenheit ein riesiges Methanreservoir besaß, das sich über Milliardenjahre durch Photolyse abgebaut wurde ohne in der Zwischenzeit nennenswert nachgeliefert worden zu sein. Unter dieser Bedingung war Titan nie so kalt, dass Methanfrost am Boden abgelagert werden konnte. Stattdessen existierte das Methanreservoir größtenteils als flüssiger Ozean, der durch den Methanabbau allmählich schrumpfte. Je nachdem wie die Topographie von Titan früher aussah, könnte der Paläoozean global oder partiell gewesen sein. Im Projekt wurde das Paläoklima unter Berücksichtigung eines globalen oder partiellen Ozeans sowie unter zwei repräsentativen Ozeanzusammensetzungen simuliert. Dazu wurde das Klimamodell mit einem vereinfachten thermodynamischen Ozeanmodell gekoppelt. Falls der Methangehalt im Ozean gering war, war die Atmosphäre relativ trocken und es herrschten ruhige Klimaverhältnisse mit schwachen Winden sowohl über dem Ozean als auch auf Kontinenten. Falls der Methangehalt im Ozean hoch war, gab es große Unterschiede zwischen dem maritimen und kontinentalen Klima. Das Klima über dem methan-reichen Ozean war sehr feucht, wenn auch die Niederschläge schwach waren. Wenn große Kontinente und methan-reiche Ozeane koexistierten, verursachten auflandige Winde starke Niederschläge auf der windzugewandten Seite der Kontinente, während es über der Mitte des Ozeans Regenschatten gab.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Paleoclimate Evolution on Titan After Episodic Massive Methane Outgassing Simulated by a Global Climate Model. Journal of Geophysical Research: Planets, 126(12).
Tokano, Tetsuya & Lorenz, Ralph D.
-
Titan Stratospheric Haze Bands Observed in Cassini VIMS as Tracers of Meridional Circulation. The Planetary Science Journal, 3(5), 114.
Kutsop, N. W.; Hayes, A. G.; Corlies, P. M.; Le Mouélic, S.; Lunine, J. I.; Nixon, C. A.; Rannou, P.; Rodriguez, S.; Roman, M. T.; Sotin, C. & Tokano, T.
-
Paleoclimate of Titan with hydrocarbon oceans and continents simulated by a global climate model. Icarus, 389, 115253.
Tokano, Tetsuya
-
Taking Titan’s Boreal Pole Temperature: Evidence for Evaporative Cooling in Ligeia Mare. The Astrophysical Journal, 961(2), 191.
Sultana, R. E.; Le Gall, A.; Tokano, T.; Bonnefoy, L. E.; Coutelier, M. & Lorenz, R. D.
