NASA Discovers Salty-Mud Cryovolcano on Ceres

Volcanic dome Ahuna Mons rises above a foreground impact crater, as seen by NASA's Dawn spacecraft with no vertical exaggeration. Eruptions of salty, muddy water built the mountain by repeated eruptions, flows, and freezing. Streaks from falls of rocks and debris run down its flanks, while overhead views show fracturing across its summit.
Credit: Dawn Science Team and NASA/JPL-Caltech/GSFC

This isolated mountain near the equator of the intriguing dwarf planet Ceres resembles a volcanic dome, according to new observations from NASA's Dawn mission. It rises 4 kilometres high and spreads 18 kilometres wide at its base. The mountain likely formed as a salty-mud volcano. Instead of molten rock, salty-mud volcanoes, or "cryovolcanoes," release frigid, salty water sometimes mixed with mud. Such height would be impressive on Earth, but it have to be remembered that Ahuna Mons stands on Ceres, a dwarf planet less than 1000 kilometres wide orbiting the Sun between Mars and Jupiter, so it would be even more impressive on its surface.

"Ahuna Mons is evidence of an unusual type of volcanism, involving salty water and mud, at work on Ceres," said Ottaviano Ruesch of NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland and the Universities Space Research Association. "Geologic activity was discussed and debated among scientists: now we finally have observations testifying to its occurrence." Although Ceres' surface temperature averages almost -40° Celsius, its interior has kept warm enough for liquid water or brines to exist for a relatively long period. And this has allowed volcanic activity at the surface in recent geological time.

This side-perspective view of Ceres' mysterious mountain Ahuna Mons was made with images from NASA's Dawn spacecraft. Credits: NASA/JPL/Dawn mission

It was surprising to see that even if the volcano is not active today, it appears to be geologically recent. To find an active young Volcano on an isolated dwarf planet is a surprise, because normally only planets, or orbiting bodies around them, have volcanism. Also, volcanic eruptions require bodies to be rocky, like Earth or Mars, or icy, like Saturn's moon Enceladus. Ceres is made of salts, muddy rocks and water ice: exotic and unexpected ingredients for volcanism. Ahuna Mons on Ceres indicates such physical and chemical limitations to volcanism are only apparent. As a consequence, volcanism might be more widespread than previously thought.

Animation of Cryovolcanism. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center

Dawn scientist Ottaviano Ruesch, of NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, is the lead author on the Science paper about Ceres volcanism. He says, "This is the only known example of a cryovolcano that potentially formed from a salty mud mix, and which formed in the geologically recent past." Williams explained that "Ahuna has only a few craters on its surface, which points to an age of just couple hundred million years at most." Ruesch said: "The Ahuna Mons cryovolcano allows us to see inside Ceres, the same process might happen on other dwarf planets like Pluto."

The team used images and 3-D terrain maps from the Dawn mission to analyze the shape of Ahuna Mons. They compared features and models of known mountain-building processes on Earth and Mars to the features found on Ahuna Mons. Mountains form in a variety of ways, such as the collision of crustal plates, the impacts of asteroids, and the eruptions of volcanoes. Each process gives the mountains it creates distinctive features. For example, the collision of crustal plates produces long chains or ridges of mountains instead of just a single isolated mountain, while asteroid impact craters have central peaks. Scientists concluded that Ahuna Mons most closely resembles a volcanic dome. These form when thick molten material pierces the crust but doesn't explode or flow very far, instead squeezing up like toothpaste and building a bulge or dome on the surface. 

Researchers draped a digital terrain model over a shaded image of
Ahuna Mons, placing contour lines at 100 meter elevation intervals.
Key spot elevations are shown in meters.
Credit: Dawn Science Team and NASA/JPL-Caltech/GSFC

According to the team, it's the combination of features that makes the case for a volcanic dome. For example, the summit of Ahuna Mons has cracks like those seen in volcanic domes when they expand. Also, the slopes have lines that resemble those formed by rock falls, and the steep flanks surrounding the dome could be formed by piles of debris.

The mountain's appearance also indicates it is young on a geological timescale. Surface features on planets with little or no atmosphere like Ceres get eroded by asteroid and meteoroid impacts, and take on a soft, rounded appearance. However, Ahuna Mons is sharp, with fine features like the debris from rock falls that should fade with time. Also, older surfaces have a heavily pockmarked appearance from the accumulation of many impacts, but Ahuna Mons has few craters. Furthermore, mountains tend to get broader as they erode and slump under gravity, but Ahuna Mons is narrow with steep slopes. Finally, surfaces tend to darken as they are exposed to radiation and meteoroid impacts in the space environment, but Ahuna Mons is brighter than its surroundings.

"We're confident that Ahuna Mons formed within the last billion years, and possibly within a few hundred million years," said Ruesch. This is relatively new geologically, given that our solar system is about 4.5 billion years old. A young volcano on Ceres is surprising because Ceres is a small world, with a diameter about the width of Texas, and small bodies like this should quickly lose the heat from their formation. "Ahuna Mons is telling us that Ceres still had enough heat to produce a relatively recent cryovolcano,” Ruesch said.

Ceres' mysterious mountain Ahuna Mons is seen in this mosaic of images from NASA's Dawn spacecraft. On its steepest side, this mountain is about 3 miles (5 kilometers) high. Its average overall height is 2.5 miles (4 kilometers). The diameter of the mountain is about 12 miles (20 kilometers). Dawn took these images from its low-altitude mapping orbit, 240 miles (385 kilometers) above the surface, in December 2015.

Credits: NASA/JPL/Dawn mission

Activity of ice volcanoes is found elsewhere in our solar system. For example, Saturn's moon Enceladus has fountains of water-ice particles streaming from cracks in the icy crust at its south pole. Enceladus is even smaller than Ceres; heat is generated inside it from flexing due to the gravitational pull of neighboring moons and Saturn. Ceres is an isolated world; there's no neighbor nearby to give it a significant gravitational tug.

Ceres' mysterious mountain Ahuna Mons.  Credits: NASA/JPL/Dawn mission

"There is nothing quite like Ahuna Mons in the solar system," said Lucy McFadden of NASA Goddard, a co-author on the paper. "It's the first cryovolcano we've seen that was produced by a brine and clay mix." The solid worlds in our solar system form a continuum from heavier, denser materials closer to the sun, such as the rocky terrestrial planets, to less dense, more volatile materials farther out, such as the icy moons of the giant planets and the Kuiper Belt objects. "Ceres, which orbits between Mars and the gas giant Jupiter, is interesting because it appears to be a transition object – it's not completely rocky, but it's not an ice world either," said McFadden.

The team plans to use the visible and infrared mapping spectrometer on Dawn to determine the surface composition of Ahuna Mons. The spectrometer detects the unique signatures found in light reflected from minerals to identify them. Ceres has a couple more dome-like features in other locations, but they appear older as they are broader and more heavily pockmarked by craters. It's unknown if they are actually cryovolcanoes or if there is any connection between them and Ahuna Mons. It's also unknown if there is any link between Ahuna Mons and the mysterious bright regions seen in hundreds of places on Ceres. Finally, the team wants to learn if there is anything special about the location of Ahuna Mons.

Sources: NASA, Arizona State University, Wikipedia

---------------------------------------------------------------

La NASA descubre un Criovolcán de barro salado en Ceres 

Animation of Ahuna Mons. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center

Esta aislada montaña cerca del ecuador del intrigante planeta enano Ceres se parece a un domo volcánico, según nuevas observaciones de la Misión de la NASA Dawn. Se eleva 4 kilómetros de alto y se extiende tanto como 18 kilómetros en su base. Esta montaña se formó probablemente como un volcán de barro saldo. En vez de roca derretida, un volcán de barro saldo, o “Criovolcán,” segrega agua frígida salada mezclada con barro. Tal altura seria impresionante en la Tierra, pero hay que recordar que Ahuna Mons se alza en Ceres, un planeta enano con menos de 1000 kilómetros de anchura orbitando alrededor del Sol entre Marte y Júpiter, así que sería aun más impresionante en su superficie.

NASA's Dawn probe captured this high-resolution image
of the Ceres mountain Ahuna Mons.
Credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA 

"Ahuna Mons es evidencia de un inusual tipo de vulcanismo, que incluye agua salada y barro trabajando en Ceres,” dijo Ottaviano Ruesch del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland y de la Universities Space Research Association. “la actividad geológica fue discutida y debatida entre los científicos: Ahora por fin tenemos una observación que atestigua de su ocurrencia.” Y aunque la superficie de Ceres de media está a -40° Celsius, su interior se ha mantenido lo suficientemente cálido para que le agua líquida salada exista por un periodo relativamente largo. Lo que ha permitido que exista la actividad volcánica en la superficie en una línea de tiempo geológicamente reciente.

Fue sorprendente el ver que incluso si el volcán no está activo en la actualidad, parece que es geológicamente reciente. Encontrar un volcán activo en un aislado planeta enano es una sorpresa, porque normalmente solo planeta, u otros cuerpos orbitando a estos tienen volcanismo. Además, las erupciones volcánicas requieren cuerpos rocosos, como la Tierra o Marte, o helados, como la luna de Saturno Encélado. Ceres está compuesto de sales, rocas de barro y agua helada: ingredientes exóticos e inesperados para el vulcanismo. Ahuna Mons en Ceres indica que la limitación a los anteriores materiales y químicos anteriores es solo aparente. Y consecuentemente el volcanismo podría estar mucho más extendido de lo que se pensaba.

image of Ceres by Dawn spacecraft in May 2015.
Credit: NASA/JPL/Dawn mission

El científico Ottaviano Ruesch del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, es el autor principal de una publicación en Science acerca del vulcanismo en Ceres. Y dijo “Este es el único ejemplo conocido de un criovolcán que potencialmente este formado de una mezcla de barros salados, y que se haya formado en un pasado geológicamente reciente.” Williams explicó que “Ahuna solo tiene unos pocos cráteres en su superficie, lo que apunta a una edad de tan solo un par de cientos de millones de años como mucho.” Ruesch dijo: “El criovolcán Ahuna Mons nos permite ver en el interior de Ceres, el mismo proceso podría estar ocurriendo en otros planetas enanos como Pluto.” 

El equipo uso imágenes y mapas del terreno en 3-D de la Misión Dawn para analizar la forma de Ahuna Mons. Estos compararon las características y modelos de procesos de construcción de montañas conocidas en la Tierra y en Marte a las características que se encuentran en Ahuna mons. Las montañas se forman de varias formas, como puede ser la colisión de placas de la corteza, los impactos de asteroides, y las erupciones de volcanes. Cada proceso creativo les da a las montañas características específicas. Por ejemplo, la colisión lateral de placas en la corteza produce largas cadenas o crestas de montañas en vez de solamente una montaña solitaria aislada, mientras que los impactos de asteroides tienes picos centrales. Los científicos concluyeron que Ahuna Mons se parece más a un domo de lava. Estos se forman cuando material espeso derretido atraviesa la corteza, pero no explota o fluye muy extensamente, sino que sale como la pasta de dientes hacia arriba y construye un bulto o cúpula en la superficie. 

Según los científicos, es la combinación de características lo que hace que hace inclinarse hacia que sea un domo volcánico. Por ejemplo, la cúspide de Ahuma Mons tiene grietas como las que se ven en domos volcánicos cuando estos se expanden. Además, las pendientes poseen líneas que recuerdan a las formadas por desprendimientos de rocas, y los flancos empinados que rodena al domo podrían haberse formado por montones de escombros. 

Perspective view of the Ceres mountain Ahuna Mons in false color derived from Dawn’s framing-camera data. The bluish color of the mountain’s flanks probably represents a compositional change. Ahuna Mons is 2.5 miles tall and 10.5 miles wide (4 by 17 kilometers). Credit: Ruesch et al Science (2016)

La apariencia de la montaña también indica que es joven geológicamente hablando en una escala de tiempo. Las características de la superficie en planetas con poco o ninguna atmosfera como en el caso de Ceres se erosionan por impactos de asteroides y meteoritos, y toman una apariencia blanda y redondeada. Sin embargo, Ahuna mons es afilada, con características definidas como las de los montones de escombros que debería de desaparecer con el tiempo. Además, las superficies más viejas tienen una apariencia de haber sido picadas por la acumulación de muchos impactos, sin embargo, Ahuan Mons tiene pocos cráteres. Y, lo que, es más, las montañas tienen a extenderse mientras se erosionan y colapsan bajo la gravedad, pero Ahuna Mons es estrecho con laderas empinadas. Finalmente, las superficies tienen a oscurecerse cuando estas se exponen a la radiación y los impactos de meteoritos en el medio ambiente espacial, pero Ahuna Mons es más brillante que sus alrededores.

The geological map of the major units at Ahuna Mons
will be filled in with more details as scientists continue to study
this small world shaped by icy volcanism.
Credit: Dawn Science Team and NASA/JPL-Caltech/GSFC 

"Estamos seguros de que Ahuna Mosn se formó en los últimos billones de años, posiblemente hace un par de millones de años,” dijo Ruesch. Esto es relativamente nuevo en términos de geología, dado que nuestro sistema solar tiene 4,5 billones de años. Un joven volcán en Ceres es sorprendente porque es un mundo pequeño, con un diámetro de cerca de dos veces el ancho de Tejas, y cuerpos pequeños como este deberían de perder calor de su formación rápidamente. “AHuna Mons nos dice que Ceres tiene aún suficiente calor para haber producido un criovolcán relativamente hace poco,” dijo Ruesch.

La actividad de los volcanes helados se da en otras partes del sistema solar. Por ejemplo, en la luna de Saturno Encélado la cual tiene fuentes de partículas de agua helada que son arrojadas por grietas en la corteza helada del su polo sur. Encélado es incluso más chico que Ceres: el calor se genera dentro debido a la flexión causada por la atracción gravitacional de lunas vecinas y de Saturno. Ceres es un mundo aislado; no hay vecinos cercanos para dotarle de una tracción gravitacional significante.

“No existe nada como Ahuna Mons en el sistema solar,” dijo Lucy McFadden del centro Goddard de la NASA, y coautor de la publicación. “Es el primer criovolcán que hemos visto producirse por una mezcla de salmuera y de arcillas.” Los mundos sólidos en nuestro sistema solar forman una continuación desde los elementos más pesados, de material más denso cercano al Sol, como lo son los planetas rocoso terrestres, hasta los menos densos, más volátiles materiales muchos más alejados, como lo son las lunas heladas de los planetas gigantes y los objetos del Cinturón de Kuiper. “Ceres, que orbita entre Marte y el gigante gaseo Júpiter, es interesante porque parece ser un objeto de transición – no es completamente roca, pero tampoco es un mundo helado,” dijo McFadden.

Earth, Moon and Ceres compared. Credit: Wikipedia.

El equipo planea usar el espectrómetro de cartografía infrarrojo y visual de Dawn para determinar la composición de la superficie de Ahuna Mons. El espectrómetro detecta señales con características específicas en la luz reflejada por los minerales para poder identificarlo. Ceres tiene un par de cúpulas similares en otros lugares, pero estas parecen ser más viejas ya que están más extendidas y más marcadas por los cráteres. Se desconoce si estas son criovolcanes o si tienen alguna conexión con entre ellas o Ahun Mons. Tampoco se sabe si hay alguna relación entre Ahuna Mons y las misteriosas regiones brillantes vistas en centenares de sitios en Ceres. Finalmente, el equipo quiere saber si hay de especial en la localización de Ahuna Mons. 

Fuentes: NASA, Arizona State University, Wikipedia

Interview with Dr. Ottaviano Ruesch, NASA Postdoctoral Fellow, in the NASA Goddard Space Flight Center studio. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center.

Interview with Interview with Dr. Lucy McFadden, Planetary Scientist, in the NASA Goddar Space Flight Center Studio. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center.