Nowe badanie bada, w jaki sposób zmiany w grubości skorupy Marsa w jego starożytnej historii mogły wpłynąć na ewolucję magmy i systemy hydrologiczne planety. Badania opublikowane w Earth and Planetary Science Letters sugerują, że gruba skorupa południowych wyżyn Marsa, uformowana miliardy lat temu, wytworzyła granitowe magmy i utrzymywała rozległe podziemne warstwy wodonośne, co podważa długo utrzymywane założenia na temat geologicznej i hydrologicznej przeszłości czerwonej planety.
Badanie prowadzone pod kierunkiem Cin-Ty Lee z Rice University pokazuje, że gruba skorupa południowych wyżyn – w niektórych obszarach dochodząca do 80 km – była wystarczająco gorąca w okresie noahickim i wczesnej hesperyjskiej (3-4 miliardy lat temu), aby ulegają częściowemu stopieniu w dolnej skorupie. Proces ten, napędzany ogrzewaniem radioaktywnym, mógł wytworzyć znaczne ilości magm krzemionkowych, takich jak granity, i podpowierzchniowe warstwy wodonośne pod zamarzniętą warstwą powierzchniową.
„Nasze odkrycia wskazują, że procesy skorupy ziemskiej na Marsie były znacznie bardziej dynamiczne, niż wcześniej sądzono” – powiedział Lee, profesor geologii Harry'ego Carothersa Wiessa oraz profesor nauk o Ziemi, środowisku i planetach. „Gruba skorupa na południowych wyżynach nie tylko mogła generować granitowe magmy bez tektoniki płyt, ale także stworzyła warunki termiczne dla stabilnych warstw wodonośnych wód gruntowych – zbiorników wody w stanie ciekłym – na planecie, którą często uważaliśmy za suchą i zamarzniętą”.
Zespół badawczy – w skład którego wchodzili profesorowie Rice Rajdeep Dasgupta i Kirsten Siebach, pracownik naukowy ze stopniem doktora Duncan Keller, absolwenci Jackson Borchardt i Julin Zhang oraz Patrick McGovern z Lunar and Planetary Institute – wykorzystał zaawansowane modelowanie termiczne, aby zrekonstruować stan termiczny Marsa. skorupa ziemska w okresie noahickim i wczesnej hesperii. Uwzględniając takie czynniki, jak grubość skorupy ziemskiej, wytwarzanie ciepła radioaktywnego i przepływ ciepła w płaszczu, naukowcy przeprowadzili symulację wpływu ciepła na potencjał topnienia skorupy ziemskiej i stabilność wód gruntowych.
Ich modele ujawniły, że w regionach o grubości skorupy przekraczającej 50 km doszłoby do powszechnego częściowego stopienia, w wyniku czego powstają magmy felsyczne albo bezpośrednio w wyniku topnienia odwodnieniowego, albo pośrednio poprzez frakcyjną krystalizację magm pośrednich. Co więcej, ze względu na podwyższony przepływ ciepła, w grubej skorupie południowych wyżyn utrzymywałyby się znaczne warstwy wodonośne wód gruntowych rozciągające się kilka kilometrów pod powierzchnią.
Badanie podważa pogląd, że granity są unikalne dla Ziemi, wykazując, że Mars może również wytwarzać magmy granitowe w wyniku ogrzewania radiogenicznego, nawet bez tektoniki płyt. Te granity prawdopodobnie pozostają ukryte pod strumieniami bazaltowymi na południowych wyżynach, oferując nowy wgląd w geologię Marsa. Ponadto badania podkreślają możliwość powstania starożytnych systemów wód gruntowych na południowych wyżynach Marsa, gdzie duży strumień ciepła powierzchniowego zmniejszył zasięg wiecznej zmarzliny i utworzył stabilne warstwy wodonośne podpowierzchniowe. Dostęp do tych zbiorników wody mógł być okresowo uzyskiwany w wyniku aktywności lub uderzeń wulkanów, co skutkowało sporadycznymi powodziami na powierzchni planety.
Odkrycia mają znaczące implikacje dla możliwości zamieszkania, ponieważ obecność ciekłej wody i zdolność do wytwarzania magm granitowych, które często zawierają pierwiastki niezbędne do życia, sugerują, że południowe wyżyny Marsa mogły być w przeszłości bardziej gościnne dla życia, niż wcześniej sądzono.
„Granity to nie tylko skały; to archiwa geologiczne, które mówią nam o ewolucji termicznej i chemicznej planety” – powiedział Dasgupta, profesor nauk o Ziemi, Środowisku i Planetach Maurice Ewing. „Na Ziemi granity są powiązane z tektoniką i recyklingiem wody. Fakt, że widzimy dowody na istnienie podobnych magm na Marsie w wyniku głębokiego przetapiania skorupy ziemskiej, podkreśla złożoność planety i jej potencjał do utrzymywania życia w przeszłości”.
W badaniu wskazano regiony na Marsie, w których przyszłe misje mogłyby skupić się na wykrywaniu skał granitowych lub badaniu starożytnych zbiorników wodnych. Na przykład duże kratery i pęknięcia na południowych wyżynach mogą zapewniać wgląd w głęboką skorupę planety.
„Każdy wgląd w procesy skorupy ziemskiej Marsa przybliża nas do odpowiedzi na niektóre z najgłębszych pytań planetologii, w tym na temat ewolucji Marsa i tego, jak mogło podtrzymywać życie” – powiedział Siebach. „Nasze badania wyznaczają plan działania wskazujący, gdzie i czego szukać, szukając odpowiedzi”.
Badania te były możliwe dzięki grantowi NASA 80NSSC18K0828.