Считается, что извержения вулканов на Марсе давно прекратились. Но последние данные показывают, что он может возобновиться в любое время. Судя по дрожащей коре Марса, там есть очаги жидкой магмы. Naked Science исследовала, насколько надежны эти доказательства.

Прошлое всех каменистых миров Солнечной системы было жарким. Меркурий, Венера, Земля и Марс полны следов древних извержений. Но ключевое слово здесь «древний». Известно, что из всех планет только на Земле есть действующие вулканы.

Пункт «планета» важен, потому что на самом деле наиболее вулканически активным объектом в Солнечной системе является спутник Юпитера Ио. Конечно, если вы не видели действующего вулкана, это не значит, что его не существует. Кроме Земли, никакая другая планета не была изучена должным образом вулканологами.

Например, есть косвенные доказательства того, что на Венере могут быть огнедышащие горы. Но поймать их за извержениями сложно, просто потому, что поверхность этой планеты всегда покрыта густыми облаками. Марс изучать проще, но по крайней мере с орбиты он виден.

Я вижу. А вот о вулканической станции Фарсис-1 Марсийского отделения РАН можно только мечтать (Фарсис, он же Фарсис — огромное вулканическое плато на Марсе. — Ред.). Всего четыре года назад (2018) благодаря зонду InSight на Марсе был запущен первый настоящий сейсмометр.

Именно он принес нам интересные данные, описанные ниже. Но сначала поговорим о том, чем вулканы на Марсе отличаются от вулканов на Земле, и откуда они взялись.

Откуда берутся вулканы

Двести лет назад натуралисты думали, что недра Земли жидкие. Получается, что от океана жидкой магмы нас отделяет тонкая твердая корка. Вулканические жерла — не что иное, как дыры в земной коре. Эта идея перекочевала в массовую культуру и продолжает сбивать с толку людей по сей день. На самом деле с вулканами дело обстоит не так просто.

Точнее, во-первых, совсем не просто, а во-вторых, совсем не так. Мантия Земли (как и наша) горячая, но твердая, а не жидкая (например, температура верхней мантии Земли около 1300 — 1500 С). Да, но скорости течения мантии составляют сантиметры и даже миллиметры в год. Примерно с такой же скоростью могут «протекать» бетонные колонны плохо построенных мостов. Чтобы образовалась магма, твердые тела в мантии (или коре) должны расплавиться. Кстати, магма тоже не жидкая. Это смесь жидких расплавов, кристаллов и газов.

Его можно сравнить с газированной манкой. Вулканическая лава – это магма, извергающаяся на поверхность земли. Под каждым действующим вулканом находится резервуар магмы или магматическая камера. Как расплавить вещество в верхней мантии? Очевидный способ — нагреть его выше температуры плавления. С этим хорошо справляется восходящий материальный поток из нижней мантии и даже мантийный плюм, являющийся самой границей ядра. Поскольку нижняя мантия горячее верхней, «пришельцы» приносят дополнительное тепло, плавящее окружающие породы.

Считается, что такие шлейфы нагревают ядро ​​гавайских вулканов. Можно даже не искать дополнительное тепло, а понизить температуру плавления, чтобы он плавился при нормальной температуре. Есть два способа сделать это. Во-первых, уменьшить давление на материю. Когда глубинные массы мантии поднимаются на поверхность, где давление ниже, они плавятся. Именно так формируется магма под вулканами срединно-океанических хребтов вместо мощного восходящего потока мантийного материала.

Второй способ — вспомнить старый рекламный слоган «просто добавь воды». Смесь вещества мантии и воды плавится при температуре, при которой сухая мантия остается твердой. Таким образом, на краю Тихоокеанской литосферной плиты, где водонасыщенные породы океанского дна погружаются в мантию, находится Тихоокеанское огненное кольцо.

Неземное долголетие

Вулканы на Земле часто живут тысячи, а иногда и сотни тысяч лет. Но не миллионы лет. Из-за движения тектонических плит магматические очаги не позволяют ему долго существовать на одном месте. Он либо отдаляет фокус от нагревателя мантийного плюма, либо смещает точку входа воды в мантию.

Но ученые говорят, что на Марсе нет движущихся литосферных плит. И, наверное, никогда не было. Поэтому магматические камеры очень прочны. Метеориты марсианского происхождения указывают на то, что один и тот же вулкан может время от времени просыпаться в течение почти 100 миллионов лет. И каждый раз, когда он извергается, он извергает новую массу лавы и пепла.

Добавьте к этому низкую гравитацию (38% от земной), и вы поймете, почему на Марсе самые высокие вулканы в Солнечной системе. Самый величественный из них – Олимп. При диаметре основания в 540 километров этот гигант вряд ли можно назвать горой. Его совершенно не видно с поверхности. Большая часть Олимпа всегда скрыта за горизонтом. Высота этого колосса, считая с ног, превышает 21 километр.

А над условным местным «уровнем моря» гигант возвышается более чем на 24 километра! Другие марсианские вулканы не так впечатляющи, как гора Олимп, но они впечатляют. Но все следы марсианских извержений очень старые. Самым молодым из них более 2 миллионов лет. Как узнать их возраст? Считая метеоритные кратеры. Специалисты знают (по крайней мере, теоретически), как часто на Марс падают метеориты любых размеров.

Эрозия на Марсе слабая, поэтому кратеры редко разрушаются. Если на какой-то части поверхности их немного и она небольшая, то эта часть молодая. Этот способ не очень точен, но удобен. До недавнего времени не было доказательств того, что на Марсе есть действующие вулканы. Более того, их, скорее всего, не существовало. Все планеты постепенно остывают, теряя тепло внутри. На Марсе, который почти в десять раз меньше Земли, этот процесс очень развит.

А там, где мало геотермального тепла, плавление мантии маловероятно. Кстати, многие специалисты считают, что множество глубоких трещин в земной коре — это всего лишь результат остывания. Планета сжимается, сжимается, кора трескается. Но последние данные ставят под сомнение как «сдержанную скандинавскую» природу Марса, так и происхождение трещины.

Трещина в теории

В 2021 году в журнале «Икар» была опубликована интересная статья. Астрономы обнаружили на снимках с Mars Reconnaissance Orbiter нечто, очень похожее на свежие вулканические отложения вокруг так называемых борозд Цербера (глубокие трещины в марсианской коре).

Какие-то темные пятна. Солнечные пятна почти симметричны и не вытянуты в направлении господствующего ветра. Таким образом, трудно объяснить его происхождение капризами Эола. Осадок обладает большой теплоемкостью, медленно нагревается и медленно остывает.

В сочетании с цветом я подозреваю, что он состоит из вулканического минерала пироксена. Подобные структуры неоднократно обнаруживались на Луне и Меркурии и обычно считаются вулканами. Но в отличие от других небесных близнецов, солнечные пятна Марса очень молоды.

Ему от 50 000 до 200 000 лет. Даже на Земле, где движутся плиты, вулканы в эту эпоху могли быть активными, а уж тем более на Марсе.

Сладкая дрожь открытия

Авторы статьи об Икаре поспешили указать, что эпицентры сильнейших землетрясений, зарегистрированных сейсмографами InSight, находились в районе желоба Цербер. И теперь новая статья была опубликована в журнале Nature Astronomy. Имея более 1300 зарегистрированных землетрясений, ученые проанализировали данные многих землетрясений и выделили особый класс марсианских толчков.

По характеру сигналов они очень похожи на события, знакомые земным сейсмологам. Мы можем ожидать, что такие толчки будут вызваны геологической активностью на Марсе, а не потрескиванием сжимающейся коры или редкими падениями метеоритов. В 18 из 24 низкочастотных толчков удалось определить расстояние от сейсмографа до эпицентра.

И оно соответствовало (с точностью до ошибки) расстоянию до канавки Цербера. То есть в те самые места, где были обнаружены свежие вулканические отложения или что-то очень похожее. Но это не все. Судя по скорости сейсмических волн, они проходили через жидкую или почти жидкую среду. Мантия твердая. и кора твердая.

Так что же может быть жидким? магма. По-видимому, на дне по крайней мере одного рва Цербера находится магматическая камера. Если это так, то сама трещина, вероятно, образовалась в результате вулканической катастрофы, а не прогрессирующей трещины в остывающей коре. И самое главное, пока магма остается жидкой, она может извергаться на поверхность.

Бывают моменты, когда вулканы на Марсе просыпаются и заявляют о себе. Два независимых доказательства — изображения с орбиты и сейсмограммы с поверхности — это много. Но ученые очень серьезно относятся к понятию «установленные факты». Пресс-служба может заставить их делать громкие заявления к своим релизам, но в своих кругах они не делают поспешных выводов, а медленно и дотошно взвешивают все за и против.

Возможно, когда-нибудь на Марсе появится целая сеть сейсмометров, приборов для измерения подповерхностного теплового потока в различных точках Земли, а марсоходам будут отправлены образцы горных пород, взятые с самого края трещины. или даже доставлены в земные лаборатории. И можно точно сказать, есть ли там магматический очаг. В противном случае нам очень повезет, и орбитальный аппарат будет снимать процесс извержения.