Paläoklima auf dem Saturnmond Titan unter methan-angereicherten Bedingungen

• Antragsteller: Dr. Tetsuya Tokano
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449602878

Der größte Saturnmond Titan besitzt eine kalte, dichte Stickstoff-Atmosphäre mit einigem Prozent Methan und zahlreichen Spurengasen. Es ist wahrscheinlich, dass der atmosphärische Methangehalt in der Vergangenheit erheblichen Schwankungen unterworfen war, weil Methan in der oberen Atmosphäre photochemisch abgebaut wird und episodisch durch Ausgasung aus unterirdischen Reservoirs wie etwa Methanhydraten nachgeliefert wird. Der atmosphärische Methangehalt kontrolliert die Stärke des Treibhauseffektes, der wiederum den Aggregatzustand der beiden atmosphärischen Hauptbestandteile Stickstoff und Methan beeinflusst. Ein größeres Methanvorkommen in der Vergangenheit könnte ausgedehnte Methan-Ozeane zur Folge gehabt haben und dabei das Klima durch Ozean-Atmosphären-Rückkopplung beeinflusst haben. Ziel dieses Projektes ist es, das Paläoklima von Titan unter methan-angereicherten Bedingungen in den letzten 1 Milliarden Jahren zu untersuchen, um unsere Wissenslücke über die Evolution der Atmosphäre von Titan und deren Einfluss auf die Oberfläche zu schließen. Eine Untersuchung des Paläoklimas unter methan-angereicherten Bedingungen in den letzten 1 Milliarden Jahren ist wichtig, weil es geomorphologische Strukturen aus diesem Zeitraum gibt, die mit dem Klima unter heutiger atmosphärischer Zusammensetzung schwer vereinbar sind. Im Projekt soll die mögliche Bandbreite der langfristigen Fluktuationen des Luftdrucks und der Temperatur sowie der Verteilung der Methan-Ozeane untersucht werden. Gegebenenfalls sollen die Rückkopplung zwischen Ozean und Atmosphäre und etwaige Klimabesonderheiten, die mit Ozean-Kontinent-Verteilungen zusammenhängen, wie etwa Monsun-Zirkulation näher beleuchtet werden. Ein weiterer Schwerpunkt der Studie sind die veränderliche Löslichkeit von Stickstoff in Methan-Ozeanen und deren Einfluss auf die Meteorologie, wie etwa Winde, die durch Veränderung des Partialdrucks des Stickstoffs in der Atmosphäre entstehen könnten. Ferner soll das Projekt auch dazu beitragen, die Entwicklung möglicher stehender Gewässer an der Oberfläche im Untersuchungsgebiet der zukünftigen Dragonfly-Mission zu Titan zu verstehen. Das Paläoklima von Titan unter methan-angereicherter Bedingung soll zuerst mit einem Strahlungskonvektionsmodell und anschließend mit einem globalen Klimamodell mit eingebautem Methan-Hydrologie-Modul, das mit einem Deckschicht-Ozeanmodell gekoppelt ist, simuliert werden. Der Treibhauseffekt durch stoßinduzierte Absorption von Stickstoff, Methan und Wasserstoff wird mit einem spektral aufgelösten Strahlungstransportmodell berechnet. Das Deckschicht-Ozeanmodell berücksichtigt die stark temperaturabhängige Löslichkeit von Stickstoff im flüssigen Methan sowie die beobachtete globale Topographie. Wichtige Anhaltspunkte für die Simulationen sind beobachtete geomorphologische Strukturen wie Paläoseen oder -flüsse, deren Alter auf höchstens eine Milliarde Jahre geschätzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Ralph D. Lorenz, Ph.D.