Dzisiaj dobrze wiadomo, że Mars jest zimną, suchą i martwą geologicznie planetą. Jednak miliardy lat temu, kiedy była jeszcze młoda, planeta szczyciła się gęstszą atmosferą i miała na powierzchni ciekłą wodę. Miliony lat temu doświadczyło również znacznej aktywności wulkanicznej, co spowodowało powstanie jej masywnych cech - takich jak Olympus Mons, największy wulkan w Układzie Słonecznym.
Do niedawna naukowcy rozumieli, że marsjańska aktywność wulkaniczna była napędzana przez źródła inne niż ruchy tektoniczne, których planeta była pozbawiona przez miliardy lat. Jednak po przeprowadzeniu badań próbek skał marsjańskich zespół naukowców z Wielkiej Brytanii i Stanów Zjednoczonych stwierdził, że eony temu Mars był bardziej aktywny wulkanicznie niż wcześniej sądzono.
Ich badanie, zatytułowane „Biorąc puls Marsa poprzez datowanie wulkanu karmionego pióropuszem”, niedawno ukazało się w czasopiśmie naukowym Komunikacja przyrodnicza. Zespół kierowany przez Benjamina Cohena, naukowca ze Scottish University University Environmental Research Centre (SUERC) oraz School of Geographic and Earth Sciences na University of Glasgow, przeprowadził analizę wulkanicznej przeszłości Marsa, wykorzystując próbki marsjańskich meteorytów.
Na Ziemi większość wulkanizmu powstaje w wyniku tektoniki płyt, które są napędzane przez konwekcję w płaszczu Ziemi. Ale na Marsie większość aktywności wulkanicznej jest wynikiem pióropuszy płaszczowych, które są wysoce zlokalizowanymi wstrząsami magmy, które powstają z głębi płaszcza. Wynika to z faktu, że powierzchnia Marsa pozostawała statyczna i chłodna przez ostatnie kilka miliardów lat.
Z tego powodu wulkany marsjańskie (choć podobne pod względem morfologicznym do ochrony wulkanów na Ziemi), osiągają rozmiary znacznie większe niż na Ziemi. Na przykład Olympus Mons jest nie tylko największym wulkanem tarczowym na Marsie, ale największym w Układzie Słonecznym. Natomiast najwyższa góra na ziemi - Mt. Everest - ma wysokość 8 848 m (29 029 stóp), Olympus Mons ma około 22 km (13,6 mi (72 000 stóp)) wysokości.
Ze względu na swoje badania dr Cohen i jego koledzy zastosowali techniki datowania radioskopowego, które są powszechnie stosowane do określania wieku i wskaźnika erupcji wulkanów na Ziemi. Jednak takie techniki nie były wcześniej stosowane w przypadku wulkanów osłonowych na Marsie. W rezultacie badanie zespołu próbek meteorytów marsjańskich było pierwszą szczegółową analizą tempa wzrostu w marsjańskich wulkanach.
Sześć badanych przez nich próbek jest znanych jako nakhlity, klasa marsjańskiego meteorytu, który powstał z magmy bazaltowej około 1,3 miliarda lat temu. Przybyły one na Ziemię około 11 milionów lat temu po tym, jak zostały uderzone z powierzchni Marsa przez zdarzenie uderzeniowe. Przeprowadzając analizę marsjańskich meteorytów, zespół był w stanie odkryć około 90 milionów lat nowych informacji o wulkanicznej przeszłości Marsa.
Jak wyjaśnił dr Cohen w komunikacie prasowym Uniwersytetu w Glasgow:
„Wiemy z poprzednich badań, że meteoryty nakhlite są skałami wulkanicznymi, a rozwój technik datowania w ostatnich latach sprawił, że nakhlity są idealnymi kandydatami, aby pomóc nam dowiedzieć się więcej o wulkanach na Marsie.”
Pierwszym krokiem było wykazanie, że próbki skał rzeczywiście pochodziły z Marsa, co zespół potwierdził, mierząc ich ekspozycję na promieniowanie kosmogeniczne. Na tej podstawie ustalili, że skały zostały wydalone z powierzchni Marsa 11 milionów lat temu, najprawdopodobniej w wyniku uderzenia na powierzchnię Marsa. Następnie zastosowali precyzyjną technikę radioskopową znaną jako 40Ar /39Umawianie się na randki.
Polegało to na zastosowaniu spektrometru masowego gazu szlachetnego do pomiaru ilości argonu nagromadzonego w próbkach, co jest wynikiem naturalnego rozpadu radioaktywnego potasu. Dzięki temu mogli uzyskać nowe informacje o powierzchni Marsa o wartości 90 milionów lat. Wyniki ich analizy wskazały, że istnieją znaczne różnice w historii wulkanu między Ziemią a Marsem. Jak wyjaśnił dr Cohen:
„Odkryliśmy, że naklity powstały w wyniku co najmniej czterech erupcji w ciągu 90 milionów lat. Jest to bardzo długi czas dla wulkanu i znacznie dłuższy niż czas trwania wulkanów lądowych, które zazwyczaj działają tylko przez kilka milionów lat. A to tylko drapie powierzchnię wulkanu, ponieważ krater uderzeniowy wyrzuciłby bardzo niewielką ilość skał - więc wulkan musiał działać znacznie dłużej. ”
Ponadto zespół był w stanie zawęzić liczbę wulkanów, z których pochodzą ich próbki skał. Wcześniejsze badania przeprowadzone przez NASA ujawniły kilku kandydatów na możliwe krater źródła nakhlite. Jednak tylko jedna z lokalizacji odpowiadała ich wynikom pod względem wieku erupcji wulkanicznych i wpływu, który wyrzuciłby próbki w kosmos.
Ten konkretny krater (obecnie nienazwany) znajduje się na równinach wulkanicznych zwanych Elysium Planitia, około 900 km (560 mil) od szczytu wulkanu Elysium Mons - który ma wysokość 12,6 km (7,8 mil). Znajduje się również około 2000 km (1243 mil) na północ od miejsca, w którym obecnie znajduje się łazik NASA Curiosity. Jak wyjaśnił Cohen, NASA ma cudownie szczegółowe zdjęcia satelitarne tego konkretnego krateru.
„Ma on szerokość 6,5 km i zachował promienie wyrzucania śmieci” - powiedział. „I byliśmy w stanie zobaczyć wiele poziomych pasów na ścianach krateru - co wskazuje, że skały tworzą warstwy, a każda warstwa jest interpretowana jako osobny przepływ lawy. Badanie to pozwoliło uzyskać jaśniejszy obraz historii meteorytów nakhlitowych, a tym samym największych wulkanów w Układzie Słonecznym. ”
W przyszłości próbki powrotu i misje załogowe na Marsa z pewnością jeszcze bardziej wyjaśnią ten obraz. Biorąc pod uwagę, że Mars, podobnie jak Ziemia, jest planetą lądową, wiedząc, że wszystko, co możemy o jego historii geologicznej, ostatecznie poprawi nasze zrozumienie tego, jak powstały skaliste planety Układu Słonecznego. Krótko mówiąc, im więcej wiemy o historii wulkanu Marsa, tym więcej będziemy mogli dowiedzieć się o tworzeniu i ewolucji Układu Słonecznego.
