Monster vulkaner på Mars: hur rymdstenar hjälper oss att lösa deras mysterier

Anonim

Mars berömd har de största vulkanerna som är kända för vetenskapen. Den största är Olympus Mons, bilden ovan, som tornar 22 km över de omgivande slätterna - över två och en halv gånger högre än Mount Everest. Denna utdöda vulkan är 640 km bred även vid dess smalaste punkt, större än avståndet mellan London och Glasgow, eller Los Angeles och San Francisco. Och Olympus Mons är inte ensam i de jordbävande insatserna - tre andra marianska vulkaner är mer än 10 km höga.

Mars är en liten värld. Det är halva diametern och mindre än 11% jordens massa, så förekomsten av sådana vulkaner var speciellt överraskande när de avslöjades av de första satellitbildsbilderna som samlades in av NASA på 1970-talet. Sedan dess har forskare varit angelägna om att upptäcka mer om dessa höga berg - vad de är tillverkade av när de först utbröt, när de var senast aktiva och varför de växte så mycket större än någonting på vår egen planet. Så hur går vi vidare?

Rumfartyg har genom åren skickat fantastiska bilder och data om dessa vulkaner, vilket ger en fantastisk mängd kunskaper. Vi har lärt oss mycket av slagkratrarna som gjorts av asteroider, till exempel eftersom äldre områden på planeten har mer kratrar än yngre områden.

Från detta har forskare dragit slutsatsen att vulkanerna på Mars började explodera för drygt 3, 5 miljarder år sedan, ungefär jämförbara med hur långt tillbaka utbrott går på jorden. De senaste utbrotten i mars är kanske några tiotals miljoner år gamla. Inga aktiva vulkaner har upptäckts; åtminstone inte än.

Rock inspelning

Forskare studerar också Martian vulkaner genom att undersöka vissa meteoriter på jorden. Asteroid strejker på Mars är också relevanta för detta eftersom massiva mängder energi släpps när stora asteroider träffar ytan. Detta är ofta tillräckligt för att spränga andra bergstycken uppåt, varav några når jorden som meteoriter.

Vi har nu återhämtat över 100 prov av äkta Martian Space Rock: de gaser som fångas inuti dem matchar Martians atmosfär som inspelats av Viking och nyfikenhet uppdrag. Meteoriterna kan undersökas i laboratorier med toppmoderna maskiner som är för stora och tunga för att passa på rymdfarkoster. Mina kolleger och jag har just publicerat den senaste forskningen i Nature Communications. Den första detaljerade analysen av vulkanutbrott på Mars med hjälp av Martian meteoriter, involverade det Militära forskningscentret för skotska universitet, University of Glasgow, Lawrence Livermore National Laboratory i Kalifornien och Natural History Museum i London.

Vi undersökte sex meteoriter som hittades på olika ställen under det senaste århundradet, inklusive den egyptiska öknen (se till höger), Indiana i det amerikanska mittvästret och de barna isfälten Antarktis. De hade blivit utkastade i rymden tillsammans för omkring 11m år sedan - det här är viktigt eftersom det betyder att de måste ha lämnat Mars efter samma asteroid-krater på samma vulkan.

För att bestämma när bergarterna ursprungligen bröt ut, använde vi en teknik som kallades argon-argon geokronologi. Detta fungerar genom att mäta, med hjälp av en masspektrometer, mängden argon uppbyggd från det naturliga sönderfallet av kalium. Det visade att meteoriterna bildade 1, 3 miljarder till 1, 4 miljarder år sedan från minst fyra utbrott under 90m år. Det här är mycket lång tid för en vulkan att vara aktiv, och mycket längre än markbundna vulkaner, som vanligtvis endast är aktiva i några miljoner år.

Ändå skriker detta bara vulkanens yta, eftersom asteroid-stödet bara kommer att ha utgrävda stenar begravda några tiotals meter under ytan. När vi pratar om en vulkan som kan vara upp till 10 km lång, representerar detta bara en mycket liten del av dess historia. Det måste därför ha börjat utbrott innan de 1, 4 miljarder år gamla stenarna vi studerat bildades.

Vi kunde också beräkna att denna vulkan växte exceptionellt långsamt - ungefär 1000 gånger långsammare än vulkaner på jorden. Detta indikerar återigen att Mars för att vulkanerna har blivit så stora måste Mars ha varit mycket mer vulkaniskt aktiva i det avlägsna förflutna. Allt tjänar till att stödja de tidigare fynd som jag nämnde om vulkaner från mars som går tillbaka upp till 3, 5 miljarder år.

Kända och okända

Den andra orsaken till massiv storlek av vulkanerna i Mars är att Mars saknar aktiv plattektonik. Detta har medfört att smält sten kan explodera genom samma delar av jordskorpan i mycket långa perioder. För terrestriska vulkaner, däremot flyttar plåtktoniken dem bort från sina magmakällor och försvinner deras utbrott.

Den sista pusselbiten för våra meteoriter från Mars var där de kom ifrån. Genom att undersöka NASAs satellitfoton fann vi en potentiell kandidat: en krater som är tillräckligt stor för att ha utstött meteoriter i rymden, men tillräckligt ung för att vara förenlig med 11 miljoner års utstötningsålder och på vulkan terräng. Ännu inte namngiven är kratern 900 km från toppen av 12, 6 km Elysium Mons vulkanen, över 2000 km norr om den nuvarande platsen för NASA Curiosity Rover.

Vårt forskningsarbete har betonat de betydande skillnaderna i vulkanaktivitet mellan jorden och Mars, men många hemligheter om dessa marianska underverk kvarstår. Forskare diskuterar fortfarande mekanismerna i planetens mantel som driver sådana vulkaner och fortsätter att leverera magma för utbrott på samma platser för så länge. Åldern på de senaste utbrotten på Mars är fortfarande fortfarande föremål för stor osäkerhet. Och det finns fortfarande mycket att upptäcka om länkarna mellan planetens vulkaner och atmosfären.

Några av dessa hemligheter fortsätter att bli unraveled genom att studera martian meteoriter, satellitbilder och nya rovers. För att verkligen förstå de största vulkanerna i solsystemet kommer vi dock troligen att behöva samla bitar av vår närliggande planet genom mänskliga eller robotuppdrag och ta dem tillbaka till jorden.