Геологическую активность молодого Марса объяснили вертикальной тектоникой

Планетологи определили, что более трех миллиардов лет назад на Марсе могли действовать процессы вертикальной тектоники, похожие на те, что шли на Земле в архее, а вулканы извергались не только на суше, но и на дне морей. Таким образом, древний Марс был гораздо более тектонически и вулканически активен, чем считалось ранее. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

Примерно семьдесят процентов площади поверхности Марса имеет возраст более трех миллиардов лет, а около 45 процентов — более 3,6 миллиарда лет. Несмотря на сильную кратерированность, древняя кора Марса осталась мало измененной, поэтому она помогает разобраться в геологической эволюции земной коры в архее путем проверки теоретических моделей, так как постоянное обновление коры нашей планеты стерло почти все следы действовавших тогда геологических процессов.

Одной из важных проблем при описании эволюции Земли, происходившей до начала тектоники плит (около трех миллиардов лет назад), стало объяснение возникновения очень ранних кислых пород, составлявших архейскую континентальную кору, таких как трондьемит-тоналит-гранодиоритовые или гранит-монцонит-сиенитовые плутоны, и связанных с ними дацит-риолитовых пород. В архее на Земле расслоение и погружение в мантию нижней коры привело к ее рециклингу. Аналогичный процесс мог действовать и на древнем Марсе. Марс долгое время считался одноплитовым базальтовым миром, демонстрирующим небольшое разнообразие магматических пород, но за последние два десятилетия на нем нашли различные плутонические и вулканические породы, указывающие на магматические процессы образования коры из кислых пород, которые могли действовать спорадически.

Группа планетологов во главе с Джозефом Михальски (Joseph R. Michalski) из Университета Гонконга опубликовала результаты исследований геологии региона Эридания и прилегающих к нему Земли Киммерии и Земли Сирен на Марсе. Эта область выделяется наличием остаточной намагниченности коры, аномальным содержанием калия и неоднородной по толщине и составу корой с возрастом более трех миллиардов лет. В древности здесь находилось море, которое было больше современного Каспийского моря примерно в три раза. Ученые анализировали данные наблюдений орбитальных аппаратов Mars Reconnaissance Orbiter, Mars Odyssey и Mars Global Surveyor.

В исследованной области планетологи выявили 63 вулкана, которые они разделили на четыре типа. Вулканические купола представляют собой самые маленькие образования, обладают средней высотой 0,8 километра и средним диаметром 14 километров. Стратовулканы часто демонстрируют кратеры на вершине или на склонах, иногда связанные разломами и трещинами, выделяются самой большой высотой (два-три километра) и диаметром 40–80 километров и, как и купола, обладают крутыми откосами. Пирокластические щитовые вулканы обладают диаметром около ста километров при высоте в 1,1 километра, квазикруглой формой и кратером на вершине или вблизи нее. Важной характеристикой пирокластических щитовых вулканов и стратовулканов является наличие сетей долин на склонах, что указывает на склонность к эрозии пирокластических пород. Наконец, четвертый тип вулканов — комплексы кальдер, формирующиеся за счет взрывного вулканизма, которые могут содержать до 14 впадин.

Вулканы различных типов на Марсе похожи на аналогичные типы вулканов на Земле, но обладают большими диаметрами и меньшими соотношениями высоты к диаметру, что объясняется средой с низкой гравитацией. Вулканические отложения состоят из оливинсодержащих базальтов и дацитовых (более 64–69 процентов кремнезема) пород. Предполагается, что вулканы действовали во всех бассейнах региона Эридания, в том числе в древнем море, на глубинах 400–1200 метров. Сами бассейны, хоть и могут иметь ударное происхождение, отличаются от других ударных бассейнов на Марсе — они обладают вогнутым дном и не имеют типичных ударных форм рельефа, таких как приподнятые края или центральные пики. Толщина коры во впадинах на 10–20 км меньше, чем в прилегающих к ним высокогорьях. На дне моря найдены признаки наличия богатых железом и магнием глинистых минералов и карбонатов.

Описанные свойства региона, по мнению ученых, можно объяснить моделью вертикальной тектоники, вызванной эклогитизацией и расслаиванием литосферы, которая отвечала за эволюцию земной коры до начала привычной тектоники плит и сопровождалась вулканическими извержениями, прогибаниями коры и образованием куполовидных складок, а также включением гидратированных и выветренных изверженных вулканических пород в нижнюю кору и верхнюю мантию. Набор потенциальных подводных и прибрежных вулканов, обнаруженных в Эридании, может выступать близким аналогом предложенного для Земли сценария происхождения жизни вблизи гидротермальных источников, а разнообразие форм найденных вулканов и состава отложений говорит против идеи о том, что Марс представляет собой базальтовый мир, кора которого не подвергалась рециклингу.

Ранее мы рассказывали о том, как марсотрясения связали с активностью магмы в верхней мантии.