И она опровергает предыдущие представления о Красной планете. А главное, там может быть жизнь.
Масса движущегося материала на Марсе, называемая мантийным плюмом, может быть причиной марсотрясений и вулканизма.
В течение десятилетий ученые-планетологи считали Марс мертвым. В геологическом смысле.
Будучи меньше Земли, эта планета после своего формирования остывала быстрее, чем наша. В течение некоторого времени она была довольно вулканически активной. Предполагалось, что когда внутренняя температура постепенно снизилась, снизилась и способность планеты генерировать крупномасштабную геологическую активность, такую как огромные вулканы и “марсотрясения”.
Однако, новые открытия опровергают это мнение. Марс мертв лишь частично. Ученые обнаружили, что в одном из крупных регионов Марса в недавние геологические времена происходили марсотрясения и даже слабая вулканическая активность, что указывает на то, что под поверхностью что-то происходит. Но что?
Проанализировав данные нескольких роботизированных полетов на Марс, группа ученых-планетологов пришла к удивительному выводу: огромный столб из горячего материала, поднимающийся вверх в мантии планеты, давит на кору снизу, создавая давление, которое раскалывает поверхность и вызывает тектоническую активность. Названный мантийным плюмом, он может быть относительно новым явлением в недрах Марса, хотя на Земле о нем известно давно. Есть надежда, что это может даже иметь отношение к существующей жизни на Марсе – точнее, внутри него. Работа была опубликована в декабре 2022 года в журнале Nature Astronomy.
Марс когда-то был вулканически активной планетой. Его поверхность до сих пор усеяна древними жерлами, включая гигантский Олимп Монс. Диаметр этого монстра составляет более 600 километров, и он возвышается на 21 километр над уровнем поверхности планеты, что в два с половиной раза больше, чем высота Эвереста. Хотя другие вулканы на Марсе поменьше, но они все равно гигантские, и все они ужасно старые.
Крупномасштабный вулканизм на Марсе начался еще до того, как планете исполнился миллиард лет, и продолжался в течение примерно миллиарда лет после этого. В планетарном масштабе вулканообразование после этого практически прекратилось. Есть свидетельства о потоках лавы на Олимп Монс, которые текли всего несколько миллионов лет назад, но это были небольшие события и, вероятно, спорадические. Три или около того миллиардов лет назад эпоха активного вулканообразования на Марсе закончилась. Для сравнения, возраст большинства действующих вулканов на Земле составляет менее миллиона лет.
До недавнего времени ученые считали, что на этом история вулканизма на Красной планете закончилась. Однако космические аппараты, находящиеся на орбите Марса, сделали снимки высокого разрешения, которые показывают, что последняя глава еще не написана. В регионе, называемом Cerberus Fossae, на поверхности имеется большое количество трещин (fossae – впадины или расщелины), а вдоль одной из них на протяжении десятков километров тянутся темные полосы какой-то материи. Измерения с орбиты показывают, что она насыщена пироксенами – минералами, которые часто встречаются в вулканической лаве. Поразительно, но эти излияния могли произойти всего несколько десятков тысяч лет назад. Это совсем недавно в планетарном масштабе и указывает на продолжающуюся активность под поверхностью.
В 2018 году посадочный аппарат НАСА InSight приземлился в обширном регионе Elysium Planitia (Равнина Элизий), в месте, расположенном примерно в 1600 километрах от Cerberus Fossae (Борозды Цербера). В рамках миссии по измерению того, что происходит под марсианской поверхностью, InSight оснащен сейсмометром, который за годы работы зафиксировал сотни небольших марсотрясений, а также несколько марсотрясений со средней или умеренной энергией. Подавляющее большинство из них, по-видимому, исходило со стороны Борозд Цербера. Опять же, эта активность указывает на то, что марсианская мантия не очень-то и мертва.
В новом исследовании Nature Astronomy ученые решили сосредоточиться на этом регионе Красной планеты. Большая часть поверхности демонстрирует особенности сжатия, такие как морщинистые хребты, которые образуются, когда поверхность планеты сжимается при охлаждении. Elysium Planitia, напротив, представляет собой выпуклость на поверхности, рассматриваемую как свидетельство расширения: растяжение коры при расширении локальной области. Трещины, образующие Cerberus Fossae, – это расщелины, в которых кора раскололась из-за этого растяжения. Ученые также отмечают, что дно ударных кратеров, образовавшихся много миллионов лет назад, наклонено в сторону от центра выпуклости, что было бы ожидаемо, если бы они образовались до того, как поверхность была поднята вверх. Все эти данные указывают на то, что причина поднятия поверхности относительно молода.
Все эти свидетельства согласуются с мантийным плюмом. Основная идея шлейфа может быть вам знакома, если вы когда-либо наблюдали за кипением воды или полетом воздушного шара: горячий материал поднимается, а холодный опускается в процессе, называемом конвекцией. Ядро планеты горячее, а мантия над ним несколько холоднее, поэтому материал, нагретый в основании мантии, поднимается вверх.
Загвоздка здесь в том, что большая часть мантии Марса (и Земли) на самом деле твердая. Хотя на картинках ее обычно изображают жидкой. Но конвекция может работать даже в твердом теле. Силикатный материал, составляющий основную часть мантии, является кристаллическим, и в кристаллическом рисунке могут быть изъяны и разрывы. Под огромным давлением глубоко под землей атомы из нижележащего материала могут заполнить эти трещины в процессе, известном как дислокационная ползучесть. Таким образом, более горячий материал вблизи ядра может медленно подниматься вверх, по сути, перетекая. Это чрезвычайно медленный процесс – мантия Земли течет со средней скоростью нескольких сантиметров в год, примерно так же быстро растут ваши ногти.
Ученые пока не знают, как именно формируются мантийные плюмы. В основании мантии над ядром более горячее, чем в среднем, пятно может создать область более сильной конвекции, где материал течет в более ограниченном столбе. Этот плюм поднимается к поверхности в течение десятков или сотен миллионов лет. Когда он приближается к коре, давление становится намного ниже, и твердый материал может разжижаться. Он растекается, образуя грибовидную шляпку, которая прижимается к коре, вызывая расширение, подобное тому, что наблюдается на равнине Элизий.
Этот же сценарий объясняет практически все аномалии в Бороздах Цербера: поднятия, трещины, извержения вулканов, марсотрясения. Измерения гравитационного поля Марса даже показывают, что поле немного слабее под Cerberus Fossae, что соответствует мантиям с меньшей плотностью, толкающим кору вверх. Эти данные указывают на то, что поднятие поддерживается очень глубоко под землей.
Ученые использовали компьютерные модели для моделирования геофизики Марса и обнаружили, что плюм, имеющий температуру от 95 до 285 градусов Цельсия и немного меньшую плотность, чем окружающая мантия, мог бы справиться с задачей, если бы он был сосредоточен почти прямо под Бороздами. Он сформировал бы шапку, разбросанную на несколько тысяч километров, и поднял бы кору примерно на километр, что опять же соответствует Бороздам Цербера. Кроме того, это была бы молодое образование: активность в Бороздах и вокруг них началась примерно 350 миллионов лет назад, задолго после того, как все остальные крупные процессы внутри планеты фактически остановились.
Хотя модель плюма отлично согласуется с наблюдаемыми данными, ученые допускают, что могут быть и другие объяснения. Например, под регионом может находиться сгусток мантийного материала немного меньшей плотности, что объясняет гравитационные показатели, но не объясняет поднятие. Но все-таки идея, которая в буквальном смысле объясняет все, просиходящее на большей часть территории – это мантийный плюм.
Если гипотеза окажется верной, то это действительно важная новость. Во-первых, делая многие выводы о марсианских недрах, ученые исходили из того, что Elysium Planitia – это скучное место на Марсе. Если же он находится на крышке огромного плюма горячего материала низкой плотности, это меняет то, как мы должны интерпретировать сейсмические измерения зонда InSight.
И хотя это пока что лишь первое предположение, мантийный плюм может иметь прямое отношение к существованию жизни на Марсе. Ученые долгое время считали, что вода под марсианской поверхностью находится в замороженном состоянии, но теплый мантийный плюм может нагревать карманы воды достаточно, чтобы сделать ее жидкой. Жизнь на Земле нуждается в жидкой воде, поэтому, возможно, не так уж глупо рассматривать возможность существования какой-нибудь биологии глубоко под поверхностью Марса.
В таком случае Марс может оказаться не совсем мертвым, как в геологическом, так и в более распространенном биологическом смысле. Мы только начали понимать истинную природу Красной планеты, и чем больше мы узнаём, тем больше убеждаемся, что там еще должно остаться хотя бы немного жизни.
Читайте также: Эти странные песчаные дюны на Марсе “почти идеально круглые”