Грохот в глубинах Марса намекает на существование обширной магматической системы

Фото из открытых источников

На протяжении десятилетий наше представление о Марсе сводилось к тому, что это мертвая пустынная планета. Его магнитное поле существует лишь в отдельных участках. Его озёра и реки давно высохли. Поверхностная вулканическая активность давно прекратилась. А его кора представляет собой единую, неразрывную оболочку – в отличие от земной системы движущихся тектонических плит.

Ученые интерпретировали эту оболочку как «застойную крышку», полагая, что любая глубинная магматическая активность была бы относительно простой и локализованной — что сильно отличается от обширной и долгоживущей сети каналов расплавленных пород на Земле.

Однако теперь сейсмические колебания, зафиксированные в глубинах Марса, говорят об обратном. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Nature Astronomy.

«Традиционно считалось, что для образования сложной, богатой кремнеземом земной коры необходимы тектоника плит и магматическая дифференциация, обусловленная субдукцией», — рассказал сейсмолог из Бристольского университета Тобермори Маккей-Чемпион. «Наше исследование, напротив, предполагает, что Марс может формировать сложную кору посредством долгоживущих транскоровых магматических систем, где магма мантийного происхождения хранится, дифференцируется, смешивается и ассимилируется в коре. Это означает, что переработка тектонических плит — не единственный путь к формированию развитой земной коры на горячих каменистых планетах».

Различия между Землей и Марсом давно используются для анализа граней между обитаемым и непригодным для жизни миром.

В этих анализах значительную роль сыграла земная кора каждой планеты.

Земля имеет подвижные тектонические плиты, которые, в свою очередь, порождают сложную вулканическую активность и континенты. На Марсе тектонических плит нет; следовательно, его вулканическая активность должна быть относительно простой.

Но затем на Марс был отправлен посадочный аппарат NASA InSight, чтобы находиться на поверхности и наблюдать за его внутренними структурами на предмет признаков активности. Ученые не были уверены, какой уровень активности он сможет зафиксировать, но сейсмическая станция обнаружила удивительно живую планету.

За чуть более чем четыре года было зафиксировано 1319 землетрясений.

Вот что нужно знать о землетрясениях. Сейсмические волны меняют свою форму в зависимости от состава вещества, через которое они проходят. Это означает, что их можно использовать, например, для проведения ультразвукового исследования планетарного масштаба, чтобы определить, что находится внутри.

Маккей-Чемпион и его коллеги были задеты, когда что-то на этой картинке не совсем сходилось.

«Мы заметили, что скорость сейсмических волн в нижней коре Марса оказалась намного выше, чем ожидалось для простой структуры земной коры», — пояснил он. «Это несоответствие указывало на то, что нижняя часть земной коры имела необычный состав и заслуживала более детального изучения».

Предыдущие исследования выявили эту границу, но ее происхождение оставалось неясным. Маккей-Чемпион и его команда задали вопрос: а что если она отмечает точку, в которой встречаются два разных слоя горных пород?

Сценарий легко представить. В огромном подземном резервуаре магмы более тяжелые минералы опускаются на дно, а более легкие поднимаются наверх.

В конечном итоге более плотные кристаллы накапливаются внизу, а оставшийся расплав обогащается кремнеземом.

Используя термодинамическое моделирование и статистические инструменты, исследователи проверили, как будет происходить распространение сейсмических волн в сотнях различных комбинаций слоев горных пород.

Единственный сценарий, который последовательно соответствовал данным, заключался в неожиданно крупнозернистом нижнем слое ультрамафической породы, богатом железом и магнием, но с низким содержанием кремнезема, и верхнем слое мафической породы с более высоким содержанием кремнезема.

Это указывает на удивительно мощную подземную магматическую сеть.

«Для объяснения существования ультрамафической зоны толщиной примерно 14 километров в основании земной коры потребовалась гораздо более крупная магматическая система, чем мы первоначально предполагали», — сказал Маккей-Чемпион.

Одним из главных недостатков InSight была его неподвижность. Заняв позицию в равнине Элизиум на Марсе, он оставался там до сих пор. Фактически, он до сих пор находится там, инертный и недоступный для связи с момента его вывода из эксплуатации в 2022 году.

Это означает, что исследователи смогли непосредственно оценить состояние земной коры только под местом посадки. Однако они считают, что геологические процессы вряд ли являются уникальными для этого места.

Аналогичная сейсмическая граница ранее была обнаружена в тысячах километров от посадочного аппарата InSight. Кроме того, минералогические данные со всей планеты дополнительно подтверждают существование развитого магматизма.

«В совокупности эти наблюдения позволяют предположить, что процессы дифференциации земной коры, выявленные под телескопом InSight, могли происходить на обширных территориях Марса», — сказал Маккей-Чемпион.

На Марсе, возможно, когда-то существовала обширная и глубокая магматическая система, подобная земной.

Идея широко распространенной магматической активности на Марсе может также изменить наше представление об обитаемости других миров.

Считается, что тектоническая система Земли играет ключевую роль в создании и поддержании условий, необходимых для жизни. Если бы Марс смог сформировать сложную кору посредством другого геологического процесса, это предположение, возможно, пришлось бы пересмотреть.

«Наше исследование предполагает, что ключевые процессы, связанные с обитаемостью, — включая дифференциацию земной коры, долговременный магматизм, круговорот летучих веществ, устойчивую передачу тепла и формирование химически разнообразных сред, — могут происходить без тектоники плит, подобной земной», — пояснил Маккей-Чемпион. «Это расширяет круг планет, которые могли бы поддерживать пригодную для жизни среду, включая те, которые ранее считались непригодными из-за размера или кажущегося отсутствия тектонической активности».

Это не означает, что Марс является или даже был обитаемым. Но это позволяет предположить, что геологические процессы, характерные для обитаемых миров, могут быть более распространены, чем считалось ранее.

«Обитаемость может быть достижима в более широком диапазоне планетарных условий, чем мы предполагали ранее», — сказал Маккей-Чемпион.

Хотя подтвержденных доказательств продолжающейся вулканической активности на поверхности Марса сегодня нет, планета еще может преподнести сюрпризы. Наблюдения аппарата InSight за внутренним строением Марса предполагают, что под равниной Элизиум может подниматься мантийный плюм.

Недавние гравиметрические наблюдения позволяют предположить, что аналогичный шлейф может быть активен под районом Тарсис.

Этот новый результат предполагает, что Марс, вопреки распространенному мнению, вовсе не является мертвой планетой, а может обладать мощной историей активности, которая длится дольше и глубже, чем мы когда-то предполагали.

«Самое большое изменение заключается в том, что Марс больше не выглядит как планета, сформированная в основном в результате простого базальтового вулканизма и охлаждения застойной литосферной плиты», — сказал Маккей-Чемпион. «Самое интересное заключается в том, что это предлагает универсальный механизм формирования развитой коры на горячих каменистых планетах без тектоники плит и расширяет круг типов планет, которые могли бы поддерживать обитаемые условия. В этом смысле Марс становится примером гораздо более масштабного планетарного процесса».