Marsas: giluminė magminė perdirbimo istorija ir 24 km riba

Po ramiais, rūdžių atspalvio Marso lygumomis slypi ugningo perdirbimo istorija, kuri perrašo mūsų supratimą apie tai, kaip uoliniai planetos sluoksniai formuoja sudėtingą plutą. Nauji seismologiniai tyrimai rodo, kad Marsui nereikėjo judančių plokščių, kad susidarytų sluoksniuotos, evoliucionuojančios plutų srities. Vietoj to, Raudonoji planeta, atrodo, hostino didžiules, ilgai išlikusias magmatines sistemas, kurios rūšiavo ir perdirbo ištirpusią uolą giliai po paviršiumi.

Pogrindinė riba, kuri netelpa į paprastą modelį

NASA landeris InSight pateikė užuominą. Jo seismometras, pirmasis, klausęs marsotarpeklių ir meteoroidų smūgių, užfiksavo staigų seisminių charakteristikų pasikeitimą maždaug 24 kilometrų gylyje po paviršiumi. Šis gylis buvo pastebėtas ir anksčiau, tačiau jo geologinė prasmė nebuvo aiški. Oksfordo universiteto tyrėjai pasirinko kitokį kelią: jie suderino užfiksuotus seisminius greičius su šimtais galimų uolų cheminių sudėčių, naudodami termodinaminį modeliavimą ir statistinius testus.

Rezultatas nukreipė dėmesį nuo vienalytės plutos. Giliausio sluoksnio geriausiai atitikusi sudėtis buvo ultramafinė uola, tanki, geležimi ir magniu turtinga sudėtis su mažu silicio kiekiu. Virš ribos seisminiai duomenys geriausiai atitiko mafines sudėtis, kurios yra santykinai turtingesnės siliciu ir labiau evoliucionavusios. Paprastai tariant, Marsas, atrodo, išsaugo gilią, sunkią nuosėdą, dengiamą lengvesniais, perdirbtais lydalais.

Nuo lydalų baseinų iki sluoksniuotos žemės plutos: kaip Marsas galėjo susitvarkyti

Žemėje panašus rūšiavimas vyksta ten, kur magmos kameros maitina vulkanines lankas ir stato žemyninę plutą. Tankūs kristalai nusėda, kol lengvesnis lydalas migruoja aukštyn, ilgainiui sukuriant cheminį sluoksniavimą. Oksfordo komanda teigia, kad Marsas padarė panašų triuką be plokščių judėjimo. Ištirpę rezervuarai giliai plutoje galėjo išlikti pakankamai ilgai, kad frakcinė kristalizacija ir lydalų ištraukimas sukurtų atskiras petrologines zonas.

Kai kurie Oksfordo universiteto Žemės mokslų katedros tyrėjų komandos nariai, dirbę prie tyrimo. Iš kairės į dešinę: profesorius Mike Kendall, dr. Tobermory Mackay-Champion ir profesorius Jon Wade. 

Įsivaizduokite milžiniškas, sujungtas magmatinių vamzdynų sistemas, einančias horizontaliai šimtus arba galbūt tūkstančius kilometrų šiaurinėje pusrutulyje, o ne pasklidusią izoliuotų ugnikalnių grupę. Toks mastas reiškia transkrustinį magmatizmą Marse: ištirpusi medžiaga kirsdama ir evoliucionuodama plutoje keitė uolienas judėdama.

• Seisminiai duomenys identifikuoja cheminę ribą maždaug 24 km gylyje.
• Termodinaminis modeliavimas palaiko ultramafines uolas apačioje ir mafines viršuje.
• Sujungti magmatiniai tinklai galėtų paaiškinti šoninį nuoseklumą dideliais atstumais.

Gyvybingumas, perdirbimas ir kodėl plokščių tektonika gali nebūti visa istorija

Geologinis perdirbimas Žemėje padeda reguliuoti klimatą ir perkelia vandenį bei lakias medžiagas tarp paviršiaus ir vidinių sluoksnių. Plokščių tektonika ilgą laiką buvo pagrindinis šio paveikslo elementas, todėl Marsui gebėjimas plėtoti vidinį perdirbimą be judančių plokščių yra svarbus. Jei transkrustinis magmatizmas gali sukelti cheminę diferencijaciją ir lakiųjų mainus stabilioje dangčio planetoje, tada procesų rinkinys, palaikantis tinkamas sąlygas gyvybei, gali būti platesnis nei manyta anksčiau.

Profesorius Jon Wade, vienas tyrimo bendraautorių, pažymėjo, kad tai keičia esminę prielaidą: jei Marsas sukūrė plutos sudėtingumą per vidinį magmatinį apdorojimą, tada planetų, galinčių turėti kai kuriuos gyvybingumo statybinius elementus, spektras išsiplečia. Dydis arba plokščių tektonikos nebuvimas nebūtinai diskvalifikuoja pasaulį nuo įvairių plutos rezervuarų susidarymo.

Duomenys, metodai ir precizinės seismologijos vertė

Oksfordo tyrėjai sujungė InSight seismines atvykimo bangas su sudėtingais termodinaminiais modeliais ir griežta statistine sistema. Vietoj to, kad remtųsi viena interpretacija, jie palygino stebimus seisminius greičius su didelėmis mineralinių asamblėjų ir sudėčių bibliotekomis. Toks požiūris sumažino netikrumą ir parodė, kad signalą geriausiai paaiškina cheminis kontrastas, o ne vien terminis ar poringumo pokytis.

Kodėl tai svarbu? Todėl, kad seisminiai tyrimai, susieti su mineralogijos fizika, leidžia mokslininkams pereiti nuo miglotų teiginių apie "sluoksnius" prie konkrečių išvadų apie uolienų tipus ir procesus, kurie juos sukūrė. Tai žingsnis nuo to, kad "Marsas sluoksniuotas", prie teiginio, jog tie sluoksniai yra giluminės magmatinės evoliucijos pirštų atspaudai.

Eksperto įžvalga

Dr. Lena Ortiz, planetų geologė, nedalyvavusi tyrime, komentavo: "Šis darbas parodo, ką galima pasiekti derinant precizinę seismologiją su petrologiniais modeliais. Marse plokščių judėjimo nebuvimas galėjo skatinti magmatines sistemas likti savo vietoje ir evoliucionuoti milijonus metų. Tai sukuria geologinę atmintį plutoje, kurią dabar galime skaityti." Jos požiūris pabrėžia, kaip nauji duomenys ir švieži analizės metodai keičia klausimus, kuriuos galime užduoti apie kitas planetas.

Pasekmės būsimoms misijoms ir egzoplanetų tyrimams

Šie rezultatai patikslina tikslus būsimoms misijoms ir nurodo laboratorinius eksperimentus su Marso meteoritais. Jei didelio masto magmatinės sistemos buvo dažnos, jų cheminiai ženklai gali vis dar būti prieinami paviršiuje tose srityse, kur erozija ar vėlesnė vulkaninė veikla atidengė senesnę plutą. Roverių ir mėginių grąžinimo programos galėtų patikrinti modelius, ieškodamos numatytų skirtumų uolienų chemijoje.

Už Marso ribų šis darbas informuoja egzoplanetų mokslą. Planetų evoliucijos modeliai dažnai traktuoja tektoniką kaip dvejetainį jungiklį: arba yra, arba nėra. Tačiau jei stagnantinės dangos planetos gali generuoti vidinį įvairovę per nuolatinius magmatinius vamzdynus, tai platesnis egzoplanetų ratas galėtų turėti geocheminius ciklus, kurie veikia atmosferą ir paviršiaus chemiką.

Išvada

Marsas moko būti atsargiems dėl prielaidų. Seisminiai pėdsakai giliai po paviršiumi atskleidžia planetą, gebančią priežiūrėti vidinį perdirbimą ir cheminę evoliuciją mastais, kurie kadaise buvo laikyti būdingi tik tektoninių planetų pasauliams. Kaip seismologija, modeliavimas ir misijos tobulės, 24 kilometrų riba gali tapti kertiniu Raudonosios planetos geologinės autobiografijos skyriumi ir pamoka apie tai, kaip įvairi gali būti planetų evoliucija.