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Gerd Pfaff
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1 Origin of ice diapirism, true polar wander, subsurface ocean,, and tiger stripes of Enceladus driven by compositional convection Stegman,, Dave R. ; Freeman,, J. ; May, David A. WS 09/10

Enceladus allgemein sechstgröß ößter Mond des Saturns (ǿ 504km) fast kreisförmige rmige Bahn (a= 238 020 km) Gebundene Rotation (1,37 Tage ~ 33 h) Kryovulkanisch (Eisvulkan) -> > Eisfontänen nen -> >

2 Enceladus allgemein sechstgröß ößter Mond des Saturns (ǿ 504km) fast kreisförmige rmige Bahn (a= km) Gebundene Rotation (1,37 Tage ~ 33 h) Kryovulkanisch (Eisvulkan) -> > Eisfontänen nen -> > dünne d Atmosphäre auf der südl. Hemisphäre -> > speist E-Ring E des Saturns Flüssiges Wasser durch Vulkanismus! Silikatkern, Wassereismantel Zweitgröß ößte Dichte aller Saturnmonde (1.6 g/cm 3 ) Höchste Albedo (0.99) im Sonnensystem aufgrund des Wassereises

Frakturen Tiger Strips (~ 130 km) Temperaturen nahe der Tiger Strips zw.

3 Tiger Strips und thermische Anomalie auf der SüdpolregionS Südpolregion ist jung und kryovulkanisch aktiv stark tektonisch deformiert Serie von 4 subparallelen Frakturen Tiger Strips (~ 130 km) Temperaturen nahe der Tiger Strips zw. 150K 180K Das ist ~ 40 80K höher h her als die Umgebung (=Anomalie) Shear Heating durch Gezeitenkräfte

4 True Polar Wander Event Erde ist kein starrer Körper, K sondern elastisch Komponente der Polbewegung Aufgrund der Zirkulation des Mantels -> > Bewegung von Teilen der Kruste in neue unterschiedl.. Richtungen Verursacht durch eine Änderung der Massenverteilung im Inneren ->Trägheitstensor

5 Asymmetrie der südlichen s Hemisphäre Neuordnung durch true polar wander? -> > tektonischer Stress -> > Komprimierung, Auffaltung

6 Subsurface Ocean (südlich) laut Beobachtungen der Form von Enceladus muss ein kleiner Ozean vorhanden sein Ausmaße e der SüdpolarregionS Gefrieren oder nicht gefrieren,?

7 Diapir aufsteigendes Material (mit geringerer Dichte) bei der Konvektion im Mantel meist keilförmig führt die inneren warmen Temperaturen an die Oberfläche heran beeinflusst die Massenverteilung und Dichtestruktur beim Aufstieg

8 Ammoniak spielt eine Schlüsselrolle in der thermochemischen Entwicklung von Enceladus setzt die Schmelztemperatur von Eis um ~ 100K herab -> > Eis kann früher schmelzen -> Frostschutzmittel -> > Viskosität ändert sich, da f(t) ) (T steigt -> Visk.. sinkt) -> > Erhöhung hung der WärmeleitungW Ammoniak auf Enceladus nicht direkt nachweisbar Ammoniak-Dihydrat durch magnetosphärische Bestrahlung in H und N aufgespalten (N + N 2 durch Cassini nachgewiesen) In hoher HäufigkeitH Ammoniak Feedback Prozess

9 Ammoniak Feedback Prozess Ammoniak führt f zu einem Feedback -> > Differentiation der Eisschale Positive Feedback Schleife zwischen erhöhtes htes teilweises Schmelzen, Verringerung der Eis-Viskosit Viskosität t und der erhöhten hten tidal heating Bildung einer geschmolzenen Eisschale über Silikat-Kern mit geringer Viskosität -> low viscosity region Feedback bildet ein verknüpftes Schmelz-Netzwerk Diese Auftriebsschicht (buoyant( layer) ) entkoppelt Silikatkern und Eisschale Langzeitstabil und nur kleine Wärmeenergiemengen W notwendig

10 Anwesenheit von Ammoniak Modell Gezeitenwärmeleitung -> > Differentiation der Eisschale durch Feedback-Prozess Grenzzonen mit unterschiedlicher Zusammensetzung Langzeitinstabilität t im reinen Wassereis-Layer + numerisches Modell für f r die compositional Konvektion -> Diapir im hemisphärischen Ausmaß Wärmere Temp.. im Inneren in die äußeren Schichten -> > Bildung eines kleinen Ozeans innerhalb der Eisschale Diapir als Ursprung der Asymmetrie der Oberfläche Dichte-Anomalie <-> < Subsurface Ocean -> > gemeinsamer Ursprung

Auftriebsschicht (Wassereis( Wassereis) über der Schmelzschicht Timescale für f r die

11 Differentiation Undifferenzierte Struktur -> Entwicklung einer -> > Schmelzschicht durch tidal heating und den Ammoniak Feedback Prozess Entwicklung einer Auftriebsschicht (Wassereis( Wassereis) über der Schmelzschicht Timescale für f r die Entstehung einer Auftriebsschicht (buoyant( layer) 340 Myr bei 0.3 GW ( heat( flow ) 3.4 Myr bei 1.9 GW

Diapir Modell Fig. a f zeigt die Material- und Temperaturentwicklung für f gleichbleibende Viskosität t (a-c) und η =10 bei d= 0.2 (d-f) η = Viskositätskontrast tskontrast (zw.

durch d und η bestimmt a-c: Kopf und Schwanz im gleichen Ausmaß, d-f: großer Kopf mit dünnem d Schwanz -> > aufsteigender Diapir bewirkt warme Temperaturen vom Boden bis zur Spitze Fig.

12 Diapir Modell Fig. a f zeigt die Material- und Temperaturentwicklung für f gleichbleibende Viskosität t (a-c) und η =10 bei d= 0.2 (d-f) η = Viskositätskontrast tskontrast (zw. zwei Fluiden), d = anfängliche ngliche Dicke der Auftriebsschicht blau Diapir gelb heißes es Material schwarz kaltes Material Aufsteigen eines Diapirs im Zentrum Aufstiegszeit und Morphologie durch d und η bestimmt a-c: Kopf und Schwanz im gleichen Ausmaß, d-f: großer Kopf mit dünnem d Schwanz -> > aufsteigender Diapir bewirkt warme Temperaturen vom Boden bis zur Spitze Fig. h: Nu-Entwicklung für r Fig. a-fa Berücksichtigung von η und d -> > schnellere Aufstiegszeit -> > schnellerer Anstieg von Nu (Nusselt( Zahl) Beide Modelle: Erhöhung hung des Oberflächenw chenwärmeflusses Timescale ~ Myr

13 Discussion and Conclusion Thermal evolution, conceptual model -> > Chronologie der verknüpften Prozesse; - Konvektive Bewegungen -> > Vorboten von true polar wander - true polar wander -> > tektonischer Stress, Neuordnung -> > Tiger Strips - Subsurface Ozean unterstützt die Tiger Strips und die Deformation der Südpolarregion, S da er Kern und Eisschale voneinander entkoppelt - Tiger Strips verursachen das Shear Heating - (Zusätzlich trägt der Ozean zum Shear Heating bei) Änderung der Dichtestruktur dominiert durch Diapir Zufrieren des Ozeans durch das tidal heating und durch Ammoniak verhindert

14 Literaturliste Paper: Origin of ice diapirism, true polar wander, subsurface ocean, and tiger stripes of Enceladus driven by compositional convection, Stegman, Dave R. ; Freeman, J. ; May, David A. _Saturn.jpg n_ring_particle_source_files/shapeimage_2.png

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