Tectónica en lunas heladas

Se han observado surcos lineales, cadenas de fosas y escarpes con orientaciones coherentes en Mimas , Tetis , Rea , Jápeto , Umbriel , Europa y Ganímedes . Se cree que estas formaciones se originaron por impactos o fuerzas de marea. ^{[ 1 ]}

Estas formaciones son similares en apariencia a conjuntos de surcos y escarpes, pero presentan características geológicas distintas del terreno que atraviesan. Se cree que los surcos están formados por material más joven. Estas formaciones se consideran fallas normales y rifts formados por tectónica extensional. ^{[ 1 ]} Sin embargo, en Dione y Tetis, grandes impactos podrían haber producido escarpes y surcos que los atraviesan. ^{[ 1 ]}

Las crestas son poco comunes, pero se han observado en Rea, Dione y Ganímedes. Se cree que las crestas se forman por compresión o transpresión. ^{[ 1 ]}

Se cree que las cuencas de impacto colapsadas forman escarpes concéntricos y radiales. El sistema de anillos de Valhalla en Calisto es uno de los ejemplos mejor conservados de estas características. En el terreno oscuro de Ganímedes aparecen surcos concéntricos, pero solo como depresiones y sin escarpes. ^{[ 1 ]}

Cuatro procesos pueden producir actividad volcánica en lunas heladas: (1) convección del manto, (2) diapirismo negativo, (3) cráteres de impacto y (4) fractura antipodal en respuesta a un gran impacto. ^{[ 1 ]} La evidencia más sólida de vulcanismo se encuentra en las coronas poligonales de Miranda, una región grande, fracturada y con superficie renovada, incrustada dentro de una región densamente craterizada.

El terreno surcado se refiere a características paralelas o subparalelas que disecan terrenos más antiguos, suelen estar asociadas a terrenos de color más claro y son estructuras de relieve negativo en lugar de elevadas. ^{[ 1 ]} La topografía negativa sugiere que estas características se formaron a partir de la expansión global de la luna helada, aunque algunos sugieren que se formaron por la reactivación de estructuras más antiguas. ^{[ 1 ]}

Las imágenes de las misiones Voyager 2 y Galileo revelaron una superficie muy fracturada en Europa, desprovista de cráteres, lo que sugiere que la superficie es regularmente joven y está sujeta a renovación. ^{[ 5 ]} Las bandas de dilatación parecen morfológicamente similares a las dorsales oceánicas en la Tierra, y por lo tanto sugieren que el hielo caliente asciende para formar las bandas. Sin embargo, las características de deformación compresiva son escasas y demasiado pequeñas para acomodar la expansión desde las bandas de dilatación. ^{[ 5 ]} Un mecanismo de subducción es clave para la hipótesis de la tectónica del hielo en Europa. Para que ocurra la subducción, la convección dentro o debajo de la corteza de hielo debe ejercer tensiones que excedan la resistencia de la corteza de hielo suprayacente. ^{[ 5 ]} Pero para sostener una hipótesis tectónica sostenible, uno debe explicar cómo el hielo se hunde debajo de la superficie. ^{[ 5 ]} Si la porosidad del hielo cortical supera ~1%, la subducción es improbable, pero las altas concentraciones de sal dentro del hielo hacen posible la subducción con porosidades de hasta el 10%. ^{[ 5 ]} La subducción puede ocurrir si las diferencias en el contenido de sal superan el 5% entre la placa superior y la placa subductora. ^{[ 5 ]} Sin embargo, los procesos y las condiciones que inician la subducción aún no se explican completamente.

La corteza de hielo de Europa podría fracturarse por las tensiones de marea de Júpiter, y se ha planteado la hipótesis de que el agua líquida podría alcanzar la superficie a través de estas grietas. ^{[ 6 ]} Sin embargo, la presión de sobrecarga del hielo dentro de la corteza supera las tensiones de marea a profundidades mayores de 35 m por debajo de la superficie del hielo, lo que limita la profundidad a la que pueden propagarse las grietas inducidas por las mareas. ^{[ 6 ]} Además, el agua líquida dentro de cualquier grieta se congelaría rápidamente. Por lo tanto, una fuente distinta a la fuerza de marea debe ejercer tensión sobre la corteza para que las grietas se propaguen profundamente. Las mareas podrían forzar un movimiento de deslizamiento lateral a lo largo de las grietas, y este movimiento lateral produciría calor dentro de la grieta y haría que el hielo fuera más susceptible al flujo dúctil. ^{[ 6 ]} El hielo más cálido y menos viscoso a lo largo de las grietas es menos denso que el hielo circundante y podría fluir hacia arriba hasta la superficie. ^{[ 6 ]} El derretimiento generado dentro de estas fracturas podría existir brevemente cerca de la superficie antes de filtrarse hacia abajo hasta el océano subsuperficial en escalas de tiempo de miles de años. ^{[ 6 ]}

Las características superficiales truncadas sugieren que la subducción en Europa puede ocurrir a lo largo de zonas tabulares. ^{[ 7 ]} A diferencia de la subducción en la Tierra, debido a las diferencias en las resistencias y densidades relativas del hielo europeo, es improbable que la placa de hielo subducida sea "arrastrada" hacia el océano subsuperficial. ^{[ 7 ]} En cambio, lo más probable es que se incorpore al hielo que compone la placa superior. ^{[ 7 ]} Las características superficiales que intersecan las zonas tabulares no continúan al otro lado, a diferencia de lo que ocurre a través de fallas de deslizamiento horizontal y dilatacionales. ^{[ 7 ]}

Las fallas de deslizamiento horizontal en el hemisferio norte de Europa son predominantemente sinistrales, mientras que las del hemisferio sur son predominantemente dextrales. ^{[ 8 ]} Esta dicotomía se acentúa a medida que la falla se aleja del ecuador. ^{[ 8 ]} Para explicar esto, la hipótesis de la tectónica de conchas describe un mecanismo para el movimiento de deslizamiento horizontal a lo largo de fallas impulsado por fuerzas de marea de Júpiter. ^{[ 8 ]} Las simulaciones numéricas de fallas de deslizamiento horizontal de la tectónica de conchas concuerdan estrechamente con las observaciones. ^{[ 8 ]} Sin embargo, el modelo de tectónica de conchas requiere que ya exista un número sustancial de fracturas o fallas en la superficie. ^{[ 8 ]}

La convección y la advección dentro del océano líquido pueden transportar y congelar agua líquida en la corteza de hielo, y ese material de origen oceánico puede potencialmente alcanzar la superficie. ^{[ 9 ]} Sin embargo, las fuerzas que impulsan la extensión en la corteza de hielo no se conocen bien. Es improbable que la fuerza de arrastre de la placa, donde una placa de hielo en subducción separa la corteza en límites divergentes, impulse la extensión porque el hielo es menos denso que el agua líquida y, por lo tanto, no puede hundirse en el océano subsuperficial. ^{[ 9 ]}

Ganímedes tiene dos unidades geológicas principales denominadas terreno “oscuro” y terreno “brillante”. Se hipotetiza que el terreno brillante es más joven porque tiene menos cráteres que el terreno oscuro. ^{[ 10 ]} La topografía del terreno brillante tiene muchos surcos lineales en algunas regiones, mientras que parece lisa en otras. ^{[ 10 ]} La apariencia de terreno liso puede ser un artefacto de las imágenes de baja resolución de Voyager 2. ^{[ 10 ]} Se hipotetiza que las bandas brillantes se forman por expansión tectónica, posiblemente análoga a la expansión de dorsales oceánicas o a la expansión de rifts terrestres. ^{[ 10 ]} En algunas regiones, se encuentran parches de terreno oscuro dentro de terreno claro. ^{[ 10 ]} Parmentier et al. (1982) sugieren que el material del terreno claro inundó el terreno oscuro, dejando elevaciones topográficas oscuras como los parches oscuros observados rodeados de terreno claro de menor elevación. ^{[ 10 ]} Parmentier et al. (1982) encuentran que la expansión tipo dorsal oceánica no ocurre en Ganímedes, citando observaciones de restos de cráteres mal emparejados y terreno poligonal mal ajustado en regiones divididas por rifts. ^{[ 10 ]} En cambio, las características desplazadas y la evidencia de inundación sugieren que el rifting litosférico finito produce el terreno brillante. ^{[ 10 ]} Parmentier et al. (1982) infieren que el terreno oscuro es una mezcla de hielo y silicato que es ligeramente más densa que el hielo de agua puro. La extensión en el terreno oscuro hace que el hielo de agua menos denso se extruya hacia arriba, formando rifts lineales y curvos de terreno brillante. ^{[ 10 ]} Surcos largos y estrechos aparecen tanto en terrenos brillantes como oscuros, pero son más abundantes en terreno claro. ^{[ 10 ]} Los surcos son típicamente simétricos, lo que sugiere que son características extensionales, en lugar de características compresivas como pliegues o fallas de cabalgamiento. ^{[ 10 ]}

Head et al. (2002) reexaminan los posibles mecanismos de formación de terrenos brillantes y oscuros en Ganímedes utilizando imágenes de mayor resolución de la misión Galileo, con especial interés en si las áreas lisas descritas en Parmentier et al. (1982) son producidas por relleno criovolcánico. ^{[ 11 ]} Muchas de las regiones lisas observadas en las imágenes de Voyager 2 parecen serlo debido a la baja resolución de la imagen. ^{[ 11 ]} En cambio, estas regiones "lisas" contienen crestas y valles lineales más pequeños. ^{[ 11 ]} La presencia de terreno liso fue clave para la hipótesis del relleno criovolcánico, y la presencia de crestas y valles dentro de estas regiones plantea un desafío sustancial a esa hipótesis. ^{[ 11 ]} Las imágenes de Galileo no revelan características lobuladas ni chimeneas indicativas de flujo criovolcánico. ^{[ 11 ]} Además, en regiones con terreno brillante y oscuro, el terreno brillante es topográficamente más alto. ^{[ 11 ]} Estas observaciones exigen una deformación tectónica, posiblemente además del criovolcanismo, para explicar las regiones brillantes. ^{[ 11 ]}

Surcos y estrías lineales de miles de kilómetros de longitud forman arcos concéntricos en la superficie de Ganímedes. ^{[ 12 ]} Rossi et al. (2018) llevaron a cabo un estudio tectónico detallado de Ganímedes, utilizando una combinación de imágenes de las misiones Voyager 2 y Galileo, para fundamentar un modelo tectónico evolutivo para la región del Surco de Uruk. ^{[ 12 ]} Las fallas dextrales producen estructuras sigmoideas en la zona de cizalla, donde las fuerzas extensionales crean surcos y estrías lineales. ^{[ 12 ]}

Existe abundante evidencia de fallas de deslizamiento horizontal en Ganímedes, tanto en terrenos claros como oscuros. ^{[ 13 ]} Dichas fallas pueden exponer hielo fresco y claro dentro de terrenos oscuros. ^{[ 13 ]} Los campos de fallas cartografiadas pueden proporcionar evidencia de cómo los patrones de esfuerzo cambiaron a lo largo del tiempo para producir el terreno. ^{[ 13 ]}