Kevin Peter Hand "Pozaziemskie oceany" (2020) - recenzja

                                                 

Od dłuższego czasu coraz intensywniej interesuję się astrobiologią w kontekście poszukiwań pozaziemskiego życia w Układzie Słonecznym, a co za tym idzie we Wszechświecie (egzoplanety i ich egzoksiężyce). Póki co nie odnaleźliśmy śladów biologicznego życia w Układzie Słonecznym, jednakże wiemy o istnieniu kilku ciał niebieskich, na których (prawdopodobnie) istnieją podpowierzchniowe oceany. Są to odkryte w 1610 roku przez Galileusza trzy księżyce gazowego olbrzyma Jowisza (Europa, Ganimedes i Kallisto), dwa księżyce Saturna (Tytan i Enceladus), księżyc Neptuna Tryton oraz planeta karłowata Pluton. Czy jest zatem szansa, że na którymś z tych ciał niebieskich (w oceanicznych głębinach) kryje się bytujące w wodzie ciekłej życie w postaci mikroorganizmów i bardziej złożonych organizmów? Czy na dnie tych oceanów znajdują się kominy hydrotermalne?

Ogromnie podoba mi się jak mocno astrobiologia zazębia się momentami z wulkanologią. Astrobiolodzy szukali ekstremofilnych (termofilnych) mikroorganizmów np. w kalderach Yellowstone i Campi Flegrei, w kraterze Dallol (Etiopia, w tamtejszych toksycznych jeziorach), w jeziorze kraterowym Crater Lake na Wyspie Zwodniczej czy na wyspie wulkanicznej Vulcano (krótka wzmianka o tym w "Sekretach wysp wulkanicznych"). Niektórzy astrobiolodzy badali pacyficzne i atlantyckie kominy hydrotermalne odkrywając tam istne bogactwo unikalnej flory i fauny. Takie badania są niezwykle ważne i cenne, gdyż pozwalają przybliżyć nas choć nieznacznie do odpowiedzi na ważkie pytanie: czy jesteśmy w kosmosie sami?

Wpadła mi w ręce ostatnio iście fascynująca książka astrobiologa Kevina Petera Handa "Pozaziemskie oceany" (wydawnictwo Copernicus Center Press), kierownika projektu lądowania statku kosmicznego na powierzchni księżyca Europa oraz uczestnika wypraw badawczych w oceaniczne głębiny (wespół z reżyserem Jamesem Cameronem), na lodowce wulkanu Kilimandżaro oraz w głąb suchych dolin McMurdo (Antarktyda). Pochłonąłem ją dość szybko z ogromną ciekawością, gdyż jest przystępnie napisana i obfitująca w ciekawe informacje z geochemii, planetologii, astrobiologii i geologii. Zachwycają mnie szczególnie książki interdyscyplinarne, w których informacje zahaczają o liczne dyscypliny naukowe. Także miłośnicy wulkanizmu i kriowulkanizmu znajdują tutaj coś dla siebie: opisany zostaje pokrótce najaktywniejszy wulkanicznie księżyc Układu Słonecznego, czyli Io (gigantyczne erupcje na Io są po prostu czymś niesamowitym), erupcje kriowulkaniczne na Europie i Enceladusie (gdyby Wezuwiusz był kriowulkanem to mieszkańcy Pompejów w 79 roku zamarzliby), wreszcie głębokowodne oazy, czyli aktywne kominy hydrotermalne. Jedyne czego mi brakowało w "Pozaziemskich oceanach" to przykładów ziemskich ekstremofilnych mikrobów i ich głębszego omówienia, zatem na koniec tej recenzji pewna ciekawostka z fanpejdża WŚ.

Podobnie jak autor książki żywię nadzieję, że wkrótce doczekamy się misji kosmicznych NASA i ESA na Europę, Io, Kallisto i Ganimedesa (księżyce Jowisza), Tytana i Enceladusa (księżyce Saturna) czy na księżyce Urana i Neptuna. Swoją drogą Tytan jest jednym z moich ulubionych księżyców: płynne rzeki, jeziora i morza etanu i metanu oraz podpowierzchniowy ocean. Surrealistyczna cudowność. 

Wspomniana ciekawostka:

Szczep 121 (Strain 121, Geogemma barossii), jednokomórkowy mikrob (archeon) zdolny do przetrwania i reprodukcji w temperaturze 121 stopni C, czyli ekstremalny termofil. Nawet w temperaturze 130 stopni Celsjusza był zdolny do życia, ale nie do dalszego rozwoju. Odnaleziony w 2003 r. w pacyficznym kominie hydrotermalnym na głębokości 2300 metrów.

Innym rekordzistą jest Methanopyrus kandleri (archeon, tzw. Szczep 116) zdolny do przetrwania i rozmnażania się w temperaturze 122 stopni C.

Przed odkryciem Szczepu 121 badacze zakładali, że żaden mikroorganizm nie przeżyje w temperaturze 121 stopni C, czyli temperaturze tzw. autoklawowania (sterylizacji) w laboratorium.

Na zdjęciach NASA i NSF gejzery na powierzchni Enceladusa (jego biegun południowy, misja Cassini), powierzchnia Tytana (schodzenie próbnika Huygens z misji Cassini) oraz Strain 121 pod mikroskopem elektronowym. 

Książka do nabycia w linku poniżej:

https://ccpress.pl/pozaziemskie-oceany

Trzy potężne erupcje wulkaniczne na Io w sierpniu 2013 roku

Lubię pisać o Io, najbardziej aktywnym wulkanicznie ciele niebieskim naszego Układu Słonecznego. W sierpniu 2013 roku w ciągu zaledwie dwóch tygodni Io targnęły trzy potężne erupcje wulkaniczne. Io obok Ziemi jest jedynym obiektem astronomicznym na którym aktywne wulkany produkują wylewy gorącej lawy. Z powodu niskiej grawitacji owego księżyca Jowisza wulkany na Io wyrzucają materiał wulkaniczny na wysokość dziesiątek kilometrów, a wylewy lawy ze szczelin zalewają ogromne połacie powierzchni księżyca. Pierwsze dwie erupcje wykryto przy użyciu jednego z dwóch teleskopów Keck zlokalizowanych na wulkanie Mauna Kea (Big Hawaii, Hawaje). Jaśniejsza erupcja z kaldery Rarog Patera wyprodukowała według oszacowania wylew lawy o grubości 9 metrów, który pokrył obszar o powierzchni 130 km kwadratowych. Druga erupcja w pobliżu kaldery Heno Patera pokryła lawą obszar o powierzchni 320 km kwadratowych. Obie miały miejsce w południowej hemisferze Io. Jedna z najjaśniejszych erupcji w ogóle zaobserwowanych na Io miała miejsce 29 sierpnia 2013 roku. Tym razem zaobserwowano ją przy użyciu teleskopu North Gemini na wulkanie Mauna Kea. Obejmowała ona fontanny lawy ze szczelin. Wulkany na Io odkryto w 1979 roku, a pomiędzy 1979 a 2006 rokiem zaobserwowano na Io 13 potężnych erupcji wulkanicznych.

Erupcja Rarog Patera na Io

Nie tylko niektóre wulkany ziemskie wykazują aktywność... 15 sierpnia 2013 roku teleskop Keck II na szczycie hawajskiego wulkanu Mauna Kea zarejestrował ogromną erupcję wulkaniczną na księżycu Jowisza, Io. Fontanny lawy tryskały ze szczelin w regionie Rarog Patera na wysokość setek kilometrów ponad powierzchnię księżyca. Erupcja objęła obszar 31 km kwadratowych. W 2007 roku próbnik New Horizons spostrzegł erupcję wulkanu Tvashtar Paterae. Wówczas chmura erupcyjna rozciągała się na wysokość 330 km ponad powierzchnię Io. Na starym zdjęciu sondy Voyager 1 erupcja wulkanu Loki Patera.

Jeziora lawy na Io

Badacze z Brigham Young University w Utah obejrzeli dokładnie zdjęcia sondy Cassini powierzchni księżyca Jowisza Io skupiwszy się na trzech gorących punktach: Pillan, Wayland Patera i Loki Patera. Grawitacja Jowisza ściska skaliste wnętrze Io czyniąc z tego księżyca najbardziej aktywne wulkanicznie ciało Układu Słonecznego. Naukowcy zwracali przede wszystkim uwagę na przepływ ciepła wulkanów na Io. Wywnioskowali z temperatur jezior lawy, że na Io najczęstszym typem lawy jest stopiony bazalt. Pillan wybuchł w 1997 roku pokrywając lawą obszar 5600 kilometrów kwadratowych. Odczyty temperatury wskazują, że jezioro otacza relatywnie duża masa skonsolidowanej skały. Wayland Patera o średnicy około 95 kilometrów to albo krzepnący wylew lawy albo jezioro lawy w stanie niskiej aktywności. Loki Patera (na zdjęciu) ma średnicę 200 kilometrów i emituje 13% ciepła Io. Jego morfologia podlega ciągłym zmianom:  skorupa jest solidna lub łamie się dając ujście olbrzymim fontannom lawy.

Gwałtowny wulkanizm na Io

Io jest jednym z 64 księżyców gazowego olbrzyma Jowisza i najbardziej aktywnym wulkanicznie ciałem niebieskim Układu Słonecznego. Tuziny czynnych wulkanów i wylewów lawy znaczą jego powierzchnię. Geologiczna mapa przygotowana przez US Geological Survey obejmuje paterae (przypominające kaldery depresje), pola lawowe, tholi (kopuły wulkaniczne), wysokie góry i rozległe płaskowyże siarkowe. Na mapie oznaczono 425 paterae (indywidualnych struktur wulkanicznych). Natomiast, co znamienne, na powierzchni Io nie ma kraterów impaktowych (astroblemów) powstałych po impaktach meteorytów czy asteroid. Jest to jedyny obiekt Układu Słonecznego nie posiadający tychże. Co prawda Io jest 25 razy bardziej aktywny wulkanicznie od Ziemi (zaiste istne piekło), ale większość długotrwałych zmian powierzchniowych ogranicza się do 15% powierzchni księżyca - intensywnym zmianom podlegają pola lawy pokrywające 28% powierzchni Io czy struktury paterae pokrywające zaledwie 3% powierzchni Io. Temperatura procesów erupcyjnych na Io dochodzi do 1527 stopni Celsjusza, a chmury erupcyjne sięgają wysokości 60-300 km, zatem można je zaobserwować przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Dla przykładu aktywne centra wulkaniczne na Io noszą nazwy Loki, Prometheus, Culann, Marduk, Volund, Zamama, Maui i Amirani - przypuszcza się także, że ogromne chmury erupcyjne na Io tworzą się na skutek interakcji wylewów lawy z bogatymi w SO2 (ditlenek siarki) materiałami na powierzchni, analogicznie gdy lawa z wulkanu Kilauea dociera do oceanu.

Mapa geologiczna Io jest do pobrania tutaj:

http://pubs.usgs.gov/sim/3168/

Kosmiczne wulkany

Wulkanizm nie jest tylko wyłącznie ograniczony do Ziemi. Potężne wulkany tarczowe Marsa (Czerwonej Planety) już kiedyś opisywałem, także dzisiaj czas na dwie planety skaliste czyli Merkurego i Wenus plus Księżyc, Io i Tryton.

Powierzchnia Merkurego upstrzona jest kraterami oraz rozległymi morzami (Mare) lawy. Ich wiek ocenia się na 3 miliardy lat. Z uwagi na brak atmosfery, a co za tym idzie warunków pogodowych wulkaniczne struktury Merkurego są dobrze zachowane.

Wulkany Wenus obejmują 1738 wulkanicznych struktur, w tym 168 dużych wulkanów, 289 wulkanów umiarkowanej wielkości oraz setki małych wulkanów. Na Wenus odnajdziemy kaldery, tarcze, kopuły i wylewy lawy. Dla przykładu kaldera SACAJAVEA PATERA ma wymiary 100 x 150 km i jest wielkości największego islandzkiego lodowca Vatnajökull. Wenus posiada gęstą atmosferę dwutlenku siarki uniemożliwiającą na niej życie. Do wenusjańskich wulkanów tarczowych zaliczymy GULA MONS i SIF MONS (o średnicach odpowiednio 400 i 300 km) oraz mniejszy SAPAS MONS (średnica 120 km) z dobrze zachowanymi wylewami (prawdopodobnie) bazaltowej lawy. Do tarcz zaliczymy np. ANEMONE - ze stożka widoczne są schodzące wylewy blokowej lawy.

Wulkanizm na Księżycu cechował się przede wszystkim rozległymi morzami (powodziami - Mare) lawy, choć kilka niewielkich stożków żużlowych i kopuł wulkanicznych odnajdziemy na powierzchni srebrnego globu. Księżycowe skały wulkaniczne różnią się od ziemskich z uwagi na brak w nich wody. Księżyc jest niemal w całości skomponowany z law bazaltowych.

Satelita gazowego olbrzyma Jowisza Io jest najbardziej aktywnym wulkanicznie obiektem naszego Układu Słonecznego. Wulkany na Io zwane są PATERAE np. przy erupcji Tvashtar Paterae dało się zaobserwować ekstruzję lawy. Aktywność Trytona, jednego z księżyców Neptuna obejmuje tzw. kriowulkanizm czyli gejzery wyrzucające ciekły azot i cząstki pyłu na wysokość około 8 km. Dwa takie gejzery (nazwane Hili i Mahilani) zostały sfotografowane w trakcie erupcji w roku 1989 przez Voyagera 2.

Na zdjęciach NASA począwszy od dołu księżycowe kratery wulkaniczne, wenusjańskie wulkany Gula Mons i Sapas Mons, erupcja Tvasthar Paterae na Io oraz wulkany na Merkurym.

Fontanny lawy

W związku z trwającą obecnie erupcją efuzywną Nyamuragira w Kongo, która zachwyca fontannami lawy co nieco o nich. Fontanny lawy wywołane gwałtowną ekspansją gazów, gdy docierają do powierzchni przeciętnie sięgają wysokości od 10 do 100 metrów. Najwyższa odnotowana fontanna lawy miała miejsce w trakcie erupcji wulkanu Oshima w 1986 roku i sięgała wysokości 1.6 km. Fontanny lawy na księżycu Jowisza Io w regionie Tvashtar Paterae sięgały wysokości przewyższającej 1.5 km.

Na zdjęciach fontanny lawy w trakcie erupcji Piton de la Fournaise (2004), Kilauea (1983, Kilauea Iki - 1959, Mauna Ulu), Etny (2002) i Fernandina (Wyspy Galapagos).

Wulkany na Io

Na jednym z księżyców Jowisza Io znajdują się aktywne wulkany produkujące siarkę, dwutlenek siarki i krzemiany. Z uwagi na aktywny wulkanizm powierzchnia Io ciągle się przepoczwarza. W lutym 2001 roku największe odnotowane w Układzie Słonecznym erupcje miały miejsce na Io. W rejonie Tvashtar Paterae aktywne były kratery wulkaniczne (paterae), które obserwowała sonda Galileusz. 26 lutego 2007 roku gigantyczna erupcja wulkanu Tvashtar została sfotografowana przez sondę New Horizons lecącą w kierunku planety karłowatej Plutona. Obłok popiołu sięgnął wysokości aż 330 km!

Z kolei na sąsiadującym z Io księżycu Jowisza Europa odkryto dowody kriowulkanizmu.

Dwa chilijskie wulkany aktywne plus wulkanizm w kosmosie

Dwa wulkany w Chile wykazują oznaki aktywności. Planchon-Peteroa na granicy Chile i Argentyny wypościł ze swoich trzewi obłok pary i popiołu na wysokość 200 metrów. Ostatnia niewielka erupcja wulkanu Planchon-Peteroa miała miejsce w roku 1998 (skala VEI = 1). Nowy najświeższy raport wspomina o emisji piroklastycznego materiału i gazów przez Peteroa.

Chilijski wulkan Villarrica w dniach 4 i 5 września wyrzucił z siebie chmurę popiołu. Villarrica ma tendencję do posiadania aktywnej lawy w kraterze, która produkuje obłoki pary i gazu, toteż dotąd niepotwierdzona emisja popiołu jest w tym przypadku zaskoczeniem.

W naszym Układzie Słonecznym przejawy aktywności wulkanicznej zaobserwowano jedynie na Ziemi (czyli u nas!) oraz na Io, księżycu Jowisza. Gigantyczne wulkany są także na Marsie i Wenus - istnieją dowody, iż były aktywne w czasach geologicznych. Erupcje na Io charakteryzują się potworną siłą. Wulkany na Io wyrzucają z siebie chmury erupcyjne nawet na wysokość UWAGA 300 km!!! A to dzięki niższej sile grawitacji i nie posiadaniu atmosfery przez ów księżyc Jowisza.

Nazwane wulkany na Io: Prometheus, Ra Patera.

Na dwóch lodowych księżycach Neptuna i Saturna: Trytonie i Enceladusie wykryto oznaki tzw. kriowulkanizmu czyli erupcji materiału kriogenicznego (wody lub płynnej postaci metanu lub amoniaku), innymi słowy tzw. kriomagmy przez lodowe wulkany.

Tyle na razie o kosmicznych wulkanach (będzie więcej w przyszłości!).

Na zdjęciach czynny wulkan Villarrica oraz erupcja wulkanów Ra Patera i Prometheus na Io.