Ученые выяснили, как образуется частично расплавленный слой над ядром Марса

Фото из открытых источников

Группа исследователей из CNRS, Национального музея естественной истории и Сорбоннского университета продемонстрировала, как слой частично расплавленной породы образуется примерно на глубине 1550 км под поверхностью Марса и остается непосредственно над его ядром. 

На таких глубинах породы мантии начинают плавиться при температурах примерно на 100°C ниже, чем считалось ранее, образуя богатую железом жидкость, которая плотнее окружающей мантии и мигрирует вниз, вглубь планеты. Эти экспериментальные результаты дают физическое объяснение некоторым сейсмическим данным, собранным во время миссии InSight (NASA-CNES). Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Миссия НАСА InSight, запущенная в партнерстве с CNES в 2018 году, была направлена на изучение внутренней структуры Марса, в частности, благодаря анализу сейсмических волн, распространяющихся по его мантии. Собранные до 2022 года данные выявили, среди прочего, аномалии в распространении волн на границе между каменистой мантией и ее металлическим ядром, что указывает на существование частично расплавленного слоя породы. Однако эти наблюдения не объяснили, как образуется такой слой и как он остается над ядром.

Чтобы понять механизм, команда воспроизвела в лаборатории условия, действующие в основании мантии Марса, а именно, синтезировала комбинацию пород, репрезентативных для состава планеты. Затем они подвергли её давлению, достигающему 18-19 ГПа, что примерно в 180 000 раз превышает атмосферное давление, при температурах выше, чем при термоядерном синтезе. Благодаря методам дифракционной рентгеновской радиографии в сочетании с ультразвуковыми экспериментами, они наблюдали превращения, происходящие при начале плавления породы, и охарактеризовали свойства образующейся жидкости.

Эти эксперименты показали, что первые жидкости появились при температуре примерно на 100°C ниже, чем считалось ранее учеными. В отличие от гипотезы о существовании исключительно богатого железом резервуара, железо, уже присутствующее в каменистой мантии, естественным образом концентрируется в жидкости, образующейся на глубине 1550 км и ниже. Эта богатая железом и очень подвижная жидкость становится плотнее окружающей ее твердой породы, что позволяет ей циркулировать в породе даже в небольших количествах, а затем постепенно опускаться на глубину 1550-1750 км, приближаясь к марсианским глубинам.

Оказавшись у основания мантии, жидкость накапливается над ядром. По мере повышения температуры с глубиной происходит термоядерный синтез, постоянно поддерживая это накопление. В результате, вместо того чтобы быть рассеянной в мантии в виде небольших порций, жидкость в конечном итоге образует сплошной и однородный слой над ядром. Это первый случай с момента завершения миссии InSight, когда ученым удалось успешно разгадать некоторые тайны, окружающие механизм образования этого расплавленного слоя под поверхностью Марса.