Na Ziemi przesuwające się płyty tektoniczne zmieniają powierzchnię planety i tworzą dynamiczne wnętrze, więc brak takich procesów na Marsie skłonił wielu do myślenia o nim jako o martwej planecie, na której niewiele się wydarzyło w ciągu ostatnich 3 miliardów lat.
W bieżącym wydaniu Nature Astronomy naukowcy z University of Arizona kwestionują obecne poglądy na temat ewolucji geodynamicznej Marsa, donosząc o odkryciu aktywnego pióropuszu płaszcza, który wypycha powierzchnię w górę i powoduje trzęsienia ziemi i erupcje wulkanów. Odkrycie sugeruje, że zwodniczo cicha powierzchnia planety może ukrywać bardziej burzliwe wnętrze, niż wcześniej sądzono.
„Nasze badanie przedstawia wiele linii dowodów, które ujawniają obecność gigantycznego aktywnego pióropuszu płaszcza na obecnym Marsie” – powiedział Adrien Broquet, pracownik naukowy ze stopniem doktora w UArizona Lunar and Planetary Laboratory i współautor badania wraz z Jeffem Andrewsem -Hanna, profesor nadzwyczajny nauk planetarnych na LPL.
Pióropusze płaszcza to duże plamy ciepłej i unoszącej się na wodzie skały, które wznoszą się z głębi planety i przepychają się przez jej warstwę pośrednią – płaszcz – aby dotrzeć do podstawy jej skorupy, powodując trzęsienia ziemi, uskoki i erupcje wulkanów. Na przykład łańcuch wysp Hawajów powstał, gdy płyta Pacyfiku powoli dryfowała nad pióropuszem płaszcza.
„Mamy mocne dowody na to, że pióropusze płaszcza są aktywne na Ziemi i Wenus, ale nie oczekuje się tego na małym i rzekomo zimnym świecie, takim jak Mars” – powiedziała Andrews-Hanna. „Mars był najbardziej aktywny 3 do 4 miliardów lat temu, a obecnie przeważa pogląd, że planeta jest zasadniczo martwa”.
„Ogromna aktywność wulkaniczna na początku historii planety zbudowała najwyższe wulkany w Układzie Słonecznym i pokryła większość półkuli północnej osadami wulkanicznymi” – powiedział Broquet. „Niewielka aktywność, jaka miała miejsce w najnowszej historii, jest zwykle przypisywana pasywnym procesom zachodzącym na ochładzającej się planecie”.
Naukowców przyciągnęła zaskakująca ilość aktywności w nieokreślonym regionie Marsa zwanym Elysium Planitia, równinie na północnych nizinach Marsa w pobliżu równika. W przeciwieństwie do innych regionów wulkanicznych na Marsie, które nie widziały większej aktywności od miliardów lat, Elysium Planitia doświadczyła dużych erupcji w ciągu ostatnich 200 milionów lat.
„Poprzednia praca naszej grupy znalazła dowody na Elysium Planitia na najmłodszą erupcję wulkanu znaną na Marsie” – powiedział Andrews-Hanna. „Stworzył małą eksplozję pyłu wulkanicznego około 53 000 lat temu, co w czasie geologicznym jest zasadniczo wczoraj”.
Wulkanizm na Elysium Planitia wywodzi się z Cerberus Fossae, zestawu młodych szczelin rozciągających się na ponad 800 mil na powierzchni Marsa. Niedawno zespół NASA InSight odkrył, że prawie wszystkie trzęsienia ziemi na Marsie pochodzą z tego jednego regionu. Chociaż udokumentowano tę młodą aktywność wulkaniczną i tektoniczną, jej przyczyna pozostała nieznana.
Na Ziemi wulkanizm i trzęsienia ziemi są zwykle związane z pióropuszami płaszcza lub tektoniką płyt, globalnym cyklem dryfujących kontynentów, który nieustannie przetwarza skorupę.
„Wiemy, że Mars nie ma tektoniki płyt, więc zbadaliśmy, czy aktywność, którą obserwujemy w regionie Cerberus Fossae, może być wynikiem pióropusza płaszcza” – powiedział Broquet.
Pióropusze płaszcza, które można postrzegać jako analogię do gorących plam wosku unoszących się w lampach lawowych. zdradzają swoją obecność na Ziemi poprzez klasyczną sekwencję wydarzeń. Ciepły materiał z pióropuszem naciska na powierzchnię, unosząc i rozciągając skorupę. Stopiona skała z pióropusza następnie wybucha jako bazalty powodziowe, które tworzą rozległe równiny wulkaniczne.
Kiedy zespół badał cechy Elysium Planitia, znalazł dowody na tę samą sekwencję wydarzeń na Marsie. Powierzchnia została podniesiona o ponad milę, co czyni ją jednym z najwyżej położonych regionów na rozległych północnych nizinach Marsa. Analizy subtelnych zmian w polu grawitacyjnym wykazały, że to wypiętrzenie jest wspierane z głębi planety, co jest zgodne z obecnością pióropusza płaszcza.
Inne pomiary wykazały, że dno kraterów uderzeniowych jest nachylone w kierunku pióropuszu, co dodatkowo potwierdza pogląd, że coś wypchnęło powierzchnię w górę po utworzeniu się kraterów. Wreszcie, kiedy naukowcy zastosowali model tektoniczny do tego obszaru, odkryli, że obecność gigantycznego pióropuszu o szerokości 2500 mil była jedynym sposobem wyjaśnienia rozszerzenia odpowiedzialnego za formowanie się Cerberus Fossae.
„Jeśli chodzi o to, czego spodziewasz się zobaczyć z aktywnym pióropuszem płaszcza, Elysium Planitia sprawdza wszystkie właściwe pola” – powiedział Broquet, dodając, że odkrycie stanowi wyzwanie dla modeli używanych przez planetologów do badania ewolucji termicznej planet. „Ten pióropusz płaszcza wpłynął na obszar Marsa mniej więcej równy kontynentalnej części Stanów Zjednoczonych. Przyszłe badania będą musiały znaleźć sposób na wyjaśnienie bardzo dużego pióropuszu płaszcza, którego tam nie oczekiwano.
„Kiedyś myśleliśmy, że sonda InSight wylądowała w jednym z najbardziej nudnych geologicznie regionów Marsa – ładnej płaskiej powierzchni, która powinna być z grubsza reprezentatywna dla nizin planety” – dodał Broquet. „Zamiast tego, nasze badanie pokazuje, że InSight wylądował tuż nad aktywnym pióropuszem”.
Obecność aktywnego pióropuszu wpłynie na interpretację danych sejsmicznych zarejestrowanych przez InSight, który musi teraz uwzględniać fakt, że ten region jest daleki od normalnego dla Marsa.
„Dzisiejszy aktywny pióropusz płaszcza na Marsie to zmiana paradygmatu dla naszego rozumienia ewolucji geologicznej planety” – powiedział Broquet – „podobnie jak wtedy, gdy analizy pomiarów sejsmicznych zarejestrowanych w erze Apollo wykazały, że jądro księżyca jest stopione”.
Ich odkrycia mogą mieć również wpływ na życie na Marsie, twierdzą autorzy. Badany region doświadczył powodzi ciekłej wody w swojej niedawnej przeszłości geologicznej, chociaż przyczyna pozostaje tajemnicą. To samo ciepło z pióropusza, które napędza trwającą aktywność wulkaniczną i sejsmiczną, może również topić lód, powodując powodzie – i napędzać reakcje chemiczne, które mogą podtrzymywać życie głęboko pod ziemią.
„Mikroby na Ziemi rozwijają się w takich środowiskach i może to być prawdą również na Marsie” – powiedział Andrews-Hanna, dodając, że odkrycie wykracza poza wyjaśnienie zagadkowej aktywności sejsmicznej i odrodzenia aktywności wulkanicznej. „Wiedząc, że pod powierzchnią Marsa znajduje się aktywny gigantyczny pióropusz płaszcza, nasuwają się ważne pytania dotyczące ewolucji planety w czasie. „Jesteśmy przekonani, że przyszłość ma w zanadrzu jeszcze więcej niespodzianek”.