Марс долго считался геологически «мертвой» планетой с примитивной корой. Из-за отсутствия тектоники плит — механизма, который на Земле запускает круговорот веществ, строит континенты и управляет вулканизмом, — ученые описывали геологическую структуру Марса термином «неподвижная крышка» (stagnant lid). Однако новое исследование от геологов и статистиков из Оксфордского университета, опубликованное в журнале Nature Astronomy, опровергает этот стереотип. Оказывается, глубоко в недрах Марса бурлили колоссальные магматические процессы, удивительно похожие на земные.
Сейсмические загадки и термодинамический анализ
Открытие стало возможным благодаря архиву данных миссии НАСА InSight. Роботизированный посадочный модуль, работавший на Марсе несколько лет, с помощью сверхчувствительного сейсмометра фиксировал «марсотрясения» и отголоски падений метеоритов. Проходя через толщу планеты, эти волны раскрывали внутреннее устройство соседа Земли.
Авторы сосредоточили внимание на загадочной границе, расположенной на глубине около 24 километров под марсианской поверхностью. Факт ее существования был известен, но природа оставалась тайной. Чтобы расшифровать состав пород, авторы работы объединили термодинамическое моделирование со статистическими методами, сравнив сотни теоретических комбинаций минералов с реальной скоростью прохождения сейсмических волн.
Результаты оказались однозначными. Выяснилось, что ниже 24 км залегают исключительно ультраосновные (ультрамафические) породы, перенасыщенные железом и магнием, но бедные кремнеземом. Напротив, слой выше этой отметки сложен из основных (мафических) пород с гораздо более высоким содержанием кремнезема.
Сквозной магматизм без движения плит
Ультраосновные породы самые «глубинные». Они формируются в мантии планет или в самых нижних слоях коры. На Земле ультраосновные породы (например, перидотиты) составляют основу нашей мантии, но на самой поверхности встречаются редко, так как скрыты под мощной гранитной и базальтовой корой.
Из мафических (основных) пород состоит почти все океаническое дно Земли и гигантские вулканы вроде гавайских. На Марсе мафические базальты покрывают всю поверхность. Открытие показало, что эта видимая базальтовая кора — не просто первичная «грязная» корка планеты, а продукт сложной многоступенчатой очистки магмы в недрах. То есть на Марсе происходило такое же сложное расслоение магмы на фракции, как и на Земле.
Такое четкое разделение указывает на существование в прошлом так называемого «сквозного магматизма» (transcrustal magmatism). Расплавленная порода скапливалась в огромных подземных резервуарах. По мере медленного остывания тяжелые кристаллы оседали на дно, формируя плотный нижний слой коры, в то время как более легкая, химически эволюционировавшая магма поднималась к поверхности. На Земле аналогичные циклы происходят под вулканическими дугами и непосредственно связаны с ростом континентов.
По оценкам исследователей, этот погребенный слой простирается на сотни и тысячи километров по всему северному полушарию Марса. Это была не сеть изолированных вулканов, а гигантская взаимосвязанная магматическая система планетарного масштаба.
Новый взгляд на обитаемость космоса
«Мы привыкли думать, что вулканизм на Марсе был простым, — отмечает ведущий автор исследования доктор Тобермори Маккей-Чемпион. — Но теперь мы видим, что планета была способна поддерживать долгоживущие системы, перерабатывавшие кору изнутри».
Главный вывод работы меняет правила игры в астробиологии. Геологический круговорот веществ критически важен для формирования атмосферы, океанов и удержания летучих элементов (включая воду), регулирующих климат. Раньше считалось, что запустить такие условия без тектоники плит невозможно. Марс доказал обратное: каменистые миры могут создавать сложную кору и условия для потенциальной обитаемости за счет эффективного внутреннего рециклинга. Это значительно расширяет список экзопланет во Вселенной, на которых гипотетически могла зародиться жизнь.
Марсоход нашел в кратере Езеро возможные признаки древней микробной жизни
Земные микробы на Марсе усохнут, но выживут — показал эксперимент
Грибы могут сделать марсианский грунт плодородным — выяснили ученые
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX