Массивный мантийный плюм толкает поверхность Марса вверх
Художественное представление активного мантийного плюма — большого сгустка теплой и плавучей породы — поднимающегося из глубины Марса и толкающего вверх Elysium Planitia, равнину в северной низменности планеты. Вулканизм на Elysium Planitia происходит из ямок Cerberus, выделенных красным, набора молодых трещин, которые простираются более чем на 800 миль по поверхности Марса. Недавно посадочный модуль NASA InSight обнаружил, что почти все марсианские землетрясения, или марсотрясения, исходят из этого региона. Предоставлено: Адриан Броке и Одри Ласбордес.
Гигантский мантийный шлейф показывает, что Марс более активен, чем считалось ранее
Орбитальные наблюдения показывают присутствие огромного мантийного шлейфа, толкающего поверхность Марса вверх и вызывающего интенсивную вулканическую и сейсмическую активность.
На Земле смещающиеся тектонические плиты перетасовывают поверхность планеты и создают динамичный интерьер. Из-за отсутствия подобных процессов на Марсе многие считали его мертвой планетой, на которой за последние 3 миллиарда лет мало что происходило.
Ученые из Университета Аризоны бросают вызов современным взглядам на геодинамическую эволюцию Марса, сообщая об открытии активного мантийного плюма, толкающего поверхность вверх и вызывающего землетрясения и извержения вулканов. Вывод, опубликованный в текущем номере журнала Астрономия природы, предполагает, что обманчиво спокойная поверхность планеты может скрывать более бурную внутреннюю среду, чем считалось ранее.
«В нашем исследовании представлено множество доказательств, указывающих на наличие гигантского активного мантийного плюма на современном Марсе», — сказал Адриен Броке, научный сотрудник Лунной и планетарной лаборатории Университета Аризоны (LPL) и соавтор исследования. с Джеффом Эндрюс-Ханна, адъюнкт-профессором планетологии в LPL.
Художественное представление активного мантийного плюма — большого сгустка теплой и плавучей породы — поднимающегося из глубины Марса и толкающего вверх Elysium Planitia, равнину в северной низменности планеты. Предоставлено: Адриан Броке и Одри Ласбордес.
Мантийные шлейфы — это большие сгустки теплой и плавучей породы, которые поднимаются из глубины планеты и проталкиваются через ее промежуточный слой — мантию — к основанию ее коры, вызывая землетрясения, разломы и извержения вулканов. Цепочка островов Гавайи, например, образовалась, когда Тихоокеанская плита медленно дрейфовала над мантийным шлейфом.
«У нас есть веские доказательства активности мантийных плюмов на Земле и Венере, но этого не ожидается в таком маленьком и предположительно холодном мире, как Марс», — сказал Эндрюс-Ханна. «Марс был наиболее активен 3-4 миллиарда лет назад, и преобладает мнение, что сегодня планета практически мертва».
«Огромная вулканическая активность в начале истории планеты создала самые высокие вулканы в Солнечной системе и покрыла большую часть северного полушария вулканическими отложениями», — сказал Броке. «То небольшое количество активности, которое произошло в новейшей истории, обычно объясняется пассивными процессами на остывающей планете».
Исследователей привлекло удивительное количество активности в неописуемой области Марса под названием Elysium Planitia, равнине в северных низменностях Марса недалеко от экватора. В отличие от других вулканических регионов Марса, в которых не наблюдалось значительной активности в течение миллиардов лет, на равнине Элизиум за последние 200 миллионов лет произошли крупные извержения.
«Предыдущая работа нашей группы обнаружила в Elysium Planitia доказательства самого молодого извержения вулкана, известного на Марсе», — сказал Эндрюс-Ханна. «Это вызвало небольшой взрыв вулканического пепла около 53,000 XNUMX лет назад, что по геологическим меркам по сути является вчерашним днем».
На этом снимке, сделанном орбитальным аппаратом Mars Express Европейского космического агентства, показан вид под углом к одному из разломов, образующих систему Cerberus Fossae. Разломы прорезают холмы и кратеры, указывая на их относительную молодость. Авторы и права: SA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO
Вулканизм на Elysium Planitia берет свое начало из Cerberus Fossae, набора молодых трещин, которые простираются более чем на 800 миль по поверхности Марса. Недавно команда НАСА InSight обнаружила, что почти все марсианские землетрясения, или марсотрясения, исходят из этого региона. Хотя эта молодая вулканическая и тектоническая активность была задокументирована, основная причина оставалась неизвестной.
На Земле вулканизм и землетрясения, как правило, связаны либо с мантийными плюмами, либо с тектоникой плит, глобальным циклом дрейфующих континентов, который постоянно перерабатывает земную кору.
«Мы знаем, что на Марсе нет тектоники плит, поэтому мы исследовали, может ли активность, которую мы наблюдаем в области Cerberus Fossae, быть результатом мантийного плюма», — сказал Броке.
Мантийные шлейфы, которые можно рассматривать как аналог горячих капель воска, поднимающихся в лавовых лампах. выдать свое присутствие на Земле посредством классической последовательности событий. Теплый материал шлейфа давит на поверхность, приподнимая и растягивая кору. Затем расплавленная порода из шлейфа извергается в виде базальтов, образующих обширные вулканические равнины.
Когда команда изучила особенности Elysium Planitia, они обнаружили свидетельства той же последовательности событий на Марсе. Поверхность поднялась более чем на милю, что делает ее одной из самых высоких областей обширных северных низменностей Марса. Анализ тонких вариаций гравитационного поля показал, что это поднятие поддерживается из глубины планеты, что согласуется с наличием мантийного плюма.
Другие измерения показали, что дно ударных кратеров наклонено в направлении шлейфа, что еще раз подтверждает идею о том, что что-то толкнуло поверхность вверх после образования кратеров. Наконец, когда исследователи применили тектоническую модель к этому району, они обнаружили, что присутствие гигантского шлейфа шириной 2,500 миль было единственным способом объяснить расширение, ответственное за формирование ямок Цербера.
«С точки зрения того, что вы ожидаете увидеть с активным мантийным плюмом, Elysium Planitia проверяет все нужные поля», — сказал Броке, добавив, что открытие представляет собой проблему для моделей, используемых планетологами для изучения тепловой эволюции планет. «Этот мантийный шлейф затронул площадь Марса, примерно равную площади континентальной части Соединенных Штатов. Будущие исследования должны будут найти способ объяснить очень большой мантийный шлейф, которого там не ожидалось.
«Раньше мы думали, что InSight приземлился в одном из самых геологически скучных регионов на Марсе — красивая плоская поверхность, которая должна примерно представлять низменности планеты», — добавил Броке. «Вместо этого наше исследование показывает, что InSight приземлился прямо на вершину активного шлейфа».
Наличие активного шлейфа повлияет на интерпретацию сейсмических данных, зафиксированных InSight, который теперь должен учитывать тот факт, что этот регион далек от нормального для Марса.
«Наличие активного мантийного плюма на Марсе сегодня — это сдвиг парадигмы в нашем понимании геологической эволюции планеты, — сказал Броке, — подобно тому, когда анализ сейсмических измерений, записанных в эпоху Аполлона, показал, что ядро Луны находится в расплавленном состоянии».
Их выводы также могут иметь значение для жизни на Марсе, говорят авторы. Изучаемый регион испытал наводнения жидкой воды в своем недавнем геологическом прошлом, хотя причина осталась загадкой. То же самое тепло шлейфа, которое подпитывает продолжающуюся вулканическую и сейсмическую активность, может также растопить лед, чтобы вызвать наводнения, и вызвать химические реакции, которые могут поддерживать жизнь глубоко под землей.
«Микробы на Земле процветают в таких условиях, и это может быть правдой и на Марсе», — сказал Эндрюс-Ханна, добавив, что открытие выходит за рамки объяснения загадочной сейсмической активности и возрождения вулканической активности. «Знание того, что под поверхностью Марса находится активный гигантский мантийный шлейф, поднимает важные вопросы о том, как планета развивалась с течением времени. «Мы убеждены, что в будущем нас ждет еще больше сюрпризов».
Ссылка: «Геофизические данные об активном мантийном плюме под равниной Элизиум на Марсе», авторы А. Броке и Дж. К. Эндрюс-Ханна, 5 декабря 2022 г., Астрономия природы.
DOI: 10.1038/s41550-022-01836-3
