Сегодня всем хорошо известно, что Марс — холодная, сухая и геологически мертвая планета. Но миллиарды лет назад, когда она была молодой, ее атмосфера была плотнее, а на поверхности была жидкая вода. Миллионы лет назад планета также обладала определенной вулканической активностью, которая позволила образоваться массивным разломам и горам — вроде горы Олимп, крупнейшего вулкана в Солнечной системе.
До недавних пор ученые считали, что марсианская вулканическая активность управляется источниками, отличными от тектонического движения, которого не было у планеты миллиарды лет. Но после изучения образцов марсианской породы команда ученых из Великобритании и США пришла к выводу, что в прошлом Марс был еще более активным вулканически, чем считали раньше.
Их исследование, проведенное под руководством Бенджамина Коэна из Центра SUERC, было опубликовано в Nature Communications. Ученые проанализировали вулканическое прошлое Марса, используя образцы марсианских метеоритов.
На Земле большинство вулканических процессов происходит в результате работы тектоники плит, которая, в свою очередь, обеспечивается конвекцией в мантии Земли. Но на Марсе большая часть вулканической активности является результатом мантийных плюмов, которые представляют собой высоко локализованные апвеллинги магмы, поднимающиеся из глубины мантии. Это связано с тем, что поверхность Марса оставалась неподвижной и прохладной в течение последних нескольких миллиардов лет.
Из-за этого марсианские вулканы (хоть и похожие морфологически на щитовые вулканы Земли) выросли до гораздо больших размеров, чем их земные коллеги. Например, гора Олимп — это не только самый большой щитовой вулкан на Марсе, но и в Солнечной системе. Самая высокая гора на Земле — Эверест — высотой 8848 метров, а гора Олимп — почти в три раза выше, 22 километра.
Ради своего исследования доктор Коэн и его коллеги использовали радиоскопические методы датирования, которые обычно используются для определения возраста и скорости извержения вулканов на Земле. Однако такие методы ранее не применялись для оценки щитовых вулканов на Марсе. В результате исследование группы марсианских образцов метеорита было первым подробным анализом темпов роста марсианских вулканов.
Шесть образцов, которые они исследовали, известны как нахлиты — класс марсианского метеорита, который сформировался из базальтовой магмы примерно 1,3 миллиарда лет назад. Они попали на Землю примерно 11 миллионов лет назад после того, как были сметены с лица Марса в результате ударного воздействия. Проанализировав марсианские метеориты, ученые смогли раскрыть информацию о 90 миллионах лет вулканического прошлого Марса.
Как объяснил доктор Коэн в пресс-релизе Университета Глазго:
«Из предыдущих исследований мы знаем, что метеориты-нахлиты представляют собой вулканические породы, а развитие методик датирования за последние годы сделало нахлиты идеальными кандидатами, которые помогут нам узнать больше о вулканах на Марсе».
Первым шагом было продемонстрировать, что образцы пород были действительно марсианскими по происхождению, и это команде удалось подтвердить путем измерения их воздействия на космогенную радиацию. Оказалось, что породы были выброшены с поверхности Марса 11 миллионов лет назад, вероятнее всего, в результате удара на поверхности планеты. И затем они применили высокоточную радиоскопическую методику датирования, известную как 40Ar/39Ar.
Масс-спектрометр позволяет определить, сколько аргона накопилось в образцах — он является результатом естественного радиоактивного распада калия. Результаты анализа показали, что вулканическая история Марса пошла совсем не так, как земная.
«Оказалось, что нахлиты образовались по меньшей мере в четырех извержениях на протяжении 90 миллионов лет. Это достаточно длительный период для вулкана и намного более длительный, чем обычно живут земные вулканы, которые, как правило, активны в течение нескольких миллионов лет. И это только царапины на поверхности вулкана, так как очень небольшое количество породы было выброшено из ударного кратера. Вулкан должен был действовать намного дольше».
В дополнение к этому ученые смогли сузить список вулканов, из которых появились эти образцы. Предыдущие исследования, проведенные NASA, показали несколько кандидатов на возможный источник нахлита. Однако только одно из мест соответствовало их результатам с точки зрения возраста вулканических извержений и удара, который мог бы выбросить образцы в космос.
Конкретно этот кратер (в настоящее время безымянный) находится в вулканических равнинах Elysium Planitia, примерно в 900 километрах от вершины вулкана Elysium Mons, 12,6 километра высотой. Он также расположен в 2000 километрах к северу от того места, где сейчас находится марсоход «Кьюриосити». В распоряжении NASA поэтому имеются поразительно подробные спутниковые снимки конкретно этого кратера.
«Он имеет ширину 6,5 километра и сохранил выбросы обломков. Мы смогли увидеть несколько горизонтальных полос на стенах кратера, которые указали на образование слоев пород, причем каждый слой интерпретируется как отдельный поток лавы. Исследование представило нам четкую картину истории нахлитских метеоритов и, в свою очередь, крупнейших вулканов в Солнечной системе».
В будущем, когда на Марс отправятся пилотируемые экипажи, мы проясним эту картину еще больше. Учитывая, что Марс, подобно Земле, является планетой земного типа, понимание его геологической истории в конечном итоге улучшит наше понимание того, как образовались твердые планеты Солнечной системы.