Mars ma wyraźną strukturę w swoim płaszczu i skorupie z dostrzegalnymi zbiornikami, co można poznać dzięki meteorytom, które naukowcy z Instytutu Oceanografii Scripps na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego wraz ze współpracownikami przeanalizowali na Ziemi.
Meteoryty, które powstały około 1,3 miliarda lat temu, a następnie wyrzucone z Marsa, zostały zebrane w ostatnich dziesięcioleciach przez naukowców z miejsc na Antarktydzie i w Afryce. Geolog Scripps Oceanography James Day i jego współpracownicy donoszą 31 maja w czasopiśmie Science Advances o analizach składu chemicznego próbek z Czerwonej Planety.
Wyniki te są ważne nie tylko dla zrozumienia sposobu formowania się i ewolucji Marsa, ale także dla dostarczenia precyzyjnych danych, które mogą pomóc w niedawnych misjach NASA, takich jak Insight and Perseverance oraz Mars Sample Return, powiedział kierownik badania Day.
„Meteoryty marsjańskie to jedyne materiały fizyczne, jakie mamy z Marsa” – powiedział Day. „Pozwalają nam dokonywać precyzyjnych i dokładnych pomiarów, a następnie określać ilościowo procesy zachodzące na Marsie i w jego pobliżu. Dostarczają bezpośrednich informacji na temat składu Marsa, które mogą ugruntować naukę misji prawdy, np. w przypadku trwających tam operacji łazika Perseverance. “
Zespół Daya sporządził opis powstawania Marsa, korzystając z próbek meteorytów pochodzących z tego samego wulkanu, znanych jako nakhlit i ch przypisanit. Około 11 milionów lat temu duże uderzenie meteorytu w Marsa oderwało części planety i wysłało skały w przestrzeń kosmiczną. Część z nich wylądowała na Ziemi w postaci meteorytów. Pierwszy z nich odkryto w 1815 r. w Ch przypisania we Francji, a następnie w 1905 r. w Nakhla w Egipcie.
Od tego czasu odkryto więcej takich meteorytów w takich miejscach, jak Mauretania i Antarktyda. Naukowcy są w stanie zidentyfikować Marsa jako miejsce swojego pochodzenia, ponieważ meteoryty te są stosunkowo młode, więc pochodzą z niedawno aktywnej planety, mają odmienny skład obfitego pierwiastka tlenu w porównaniu z Ziemią i zachowują skład atmosfery Marsa mierzony na powierzchni przez lądowniki Wikingów w latach 70.
Zespół przeanalizował dwa typy meteorytów zwornikowych: nakhlit i ch przypisanit. Nachlity są bazaltowe, podobne do law wybuchających obecnie na Islandii i Hawajach, ale są bogate w minerał zwany klinopiroksenem. Chsignity są wykonane prawie wyłącznie z mineralnego oliwinu. Na Ziemi bazalty są głównym składnikiem skorupy planety, zwłaszcza pod oceanami, podczas gdy w jej płaszczu występują obficie oliwiny.
To samo dotyczy Marsa. Zespół wykazał, że skały te są ze sobą powiązane w procesie znanym jako krystalizacja frakcyjna w wulkanie, w którym powstały. Wykorzystując skład tych skał, pokazują również, że niektóre ze stopionych wówczas nakhlitów zawierały fragmenty skorupy znajdujące się blisko powierzchni, które również wchodziły w interakcję z atmosferą Marsa.
„Ustalając, że nakhlity i ch przypisyty pochodzą z tego samego układu wulkanicznego i że wchodziły w interakcje ze skorupą marsjańską, która została zmieniona przez interakcje atmosferyczne, możemy zidentyfikować nowy typ skał na Marsie” – powiedział Day. „Dzięki istniejącej kolekcji meteorytów marsjańskich, z których wszystkie są pochodzenia wulkanicznego, jesteśmy w stanie lepiej zrozumieć wewnętrzną strukturę Marsa”.
Zespołowi udało się tego dokonać dzięki charakterystycznym właściwościom chemicznym nakhlitów i ch przypisanitów, a także charakterystycznemu składowi innych meteorytów marsjańskich. Ujawniają one zmienioną w atmosferze górną skorupę Marsa, złożoną głębszą skorupę i płaszcz, w którym pióropusze z głębi Marsa przedostały się do podstawy skorupy, podczas gdy wnętrze Marsa, utworzone na początku jego ewolucji, również stopiło się, tworząc wyraźne rodzaje wulkanów.
„Niezwykłe jest to, że wulkanizm Marsa wykazuje niewiarygodne podobieństwa, ale także różnice w stosunku do Ziemi” – powiedział Day. „Z jednej strony nakhlity i ch przypisyty powstały w podobny sposób, jak podczas niedawnego wulkanizmu w miejscach takich jak Oahu na Hawajach. Tam nowo powstałe wulkany naciskają na płaszcz, wytwarzając siły tektoniczne, które powodują dalszy wulkanizm”.
„Z drugiej strony zbiorniki na Marsie są niezwykle stare i oddzielają się od siebie wkrótce po uformowaniu się Czerwonej Planety. Na Ziemi tektonika płyt pomogła z biegiem czasu ponownie zmieszać zbiorniki. W tym sensie Mars stanowi ważne połączenie między jak mogła wyglądać wczesna Ziemia w porównaniu z tym, jak wygląda dzisiaj.”
Oprócz Daya w badania wnieśli wkład Marine Paquet z Scripps Oceanography oraz współpracownicy z Uniwersytetu Nevada w Las Vegas i francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych. Badania sfinansowały programy NASA Solar Systems Workings i Emerging Worlds.