Ny Mars-forskning viser tegn på en kompleks kappe under Elysium vulkanprovinsen

Mars' kappe kan være mere kompliceret end tidligere antaget. I en ny undersøgelse offentliggjort i dag i det Nature-tilknyttede tidsskrift Videnskabelige rapporter , forskere ved LSU dokumenterer geokemiske ændringer over tid i lavastrømmene i Elysium, en stor vulkansk provins på Mars.

LSU Geologi og Geofysik kandidat forsker David Susko ledede undersøgelsen med kolleger på LSU, herunder hans rådgiver Suniti Karunatillake, University of Rahuna i Sri Lanka, SETI Instituttet, Georgia Institute of Technology, NASA Ames, og Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie i Frankrig.

De fandt ud af, at den usædvanlige kemi af lavastrømme omkring Elysium er i overensstemmelse med primære magmatiske processer, såsom en heterogen kappe under Mars' overflade eller vægten af ​​det overliggende vulkanske bjerg, der får forskellige lag af kappen til at smelte ved forskellige temperaturer, når de stiger til overfladen over tid.

Elysium er et kæmpe vulkansk kompleks på Mars, den næststørste efter Olympic Mons. For skala, det stiger til det dobbelte af Jordens Mount Everest, eller cirka 16 kilometer. Geologisk set, imidlertid, Elysium er mere som Jordens Tibesti-bjerge i Tchad, især Emi Koussi, end Everest. Denne sammenligning er baseret på billeder af regionen fra Mars Orbiter Camera, eller MOC, ombord på Mars Global Surveyor, eller MGS, Mission.

Elysium er også enestående blandt vulkaner fra Mars. Det er isoleret i det nordlige lavland af planeten, hvorimod de fleste andre vulkanske komplekser på Mars klynger sig i det gamle sydlige højland. Elysium har også pletter af lavastrømme, der er bemærkelsesværdigt unge for en planet, der ofte betragtes som geologisk stille.

"De fleste af de vulkanske træk, vi ser på på Mars, er i intervallet 3-4 milliarder år gamle, " sagde Susko. "Der er nogle pletter af lavastrømme på Elysium, som vi vurderer til at være 3-4 millioner år gamle, altså tre størrelsesordener yngre. I geologiske tidsskalaer, 3 millioner år siden er ligesom i går."

Faktisk, Elysiums vulkaner kunne hypotetisk stadig gå i udbrud, Susko sagde, selvom der er behov for yderligere forskning for at bekræfte dette. "I det mindste, vi kan endnu ikke udelukke aktive vulkaner på Mars, " sagde Susko. "Hvilket er meget spændende."

Især Suskos arbejde afslører, at sammensætningen af ​​vulkaner på Mars kan udvikle sig i løbet af deres eruptive historie. I tidligere forskning ledet af Karunatillke, adjunkt ved LSU's Institut for Geologi og Geofysik, forskere i LSU's Planetary Science Lab, eller PSL, fandt ud af, at bestemte områder af Elysium og den omgivende lavvandede undergrund af Mars er geokemisk unormale, mærkeligt endda i forhold til andre vulkanske områder på Mars. De er opbrugt i de radioaktive grundstoffer thorium og kalium. Elysium er en af ​​kun to magmatiske provinser på Mars, hvor forskere har fundet så lave niveauer af disse grundstoffer hidtil.

"Fordi thorium og kalium er radioaktive, de er nogle af de mest pålidelige geokemiske signaturer, vi har på Mars, " sagde Susko. "De fungerer som beacons, der udsender deres egne gamma-fotoner. Disse elementer kobles også ofte sammen i vulkanske omgivelser på Jorden."

I deres nye avis, Susko og kolleger begyndte at sammensætte Elysiums geologiske historie, en ekspansiv vulkansk region på Mars præget af mærkelig kemi. De søgte at afdække, hvorfor nogle af Elysiums lavastrømme er så geokemisk usædvanlige, eller hvorfor de har så lave niveauer af thorium og kalium. Er det fordi, som andre forskere har mistænkt, gletsjere placeret i denne region for længe siden ændrede overfladekemien gennem vandige processer? Eller er det fordi disse lavastrømme opstod fra andre dele af Mars' kappe end andre vulkanudbrud på Mars?

Måske har kappen ændret sig over tid, hvilket betyder, at nyere vulkanudbrudsstrømme adskiller sig kemisk fra ældre. Hvis så, Susko kunne bruge Elysiums geokemiske egenskaber til at studere, hvordan Mars' bulkkappe har udviklet sig over geologisk tid, med vigtig indsigt til fremtidige missioner til Mars. At forstå den evolutionære historie af Mars' kappe kunne hjælpe forskere med at få en bedre forståelse af, hvilke slags værdifulde malme og andre materialer der kunne findes i skorpen, samt om vulkanske farer uventet kan true menneskelige missioner til Mars i den nærmeste fremtid. Mars' kappe har sandsynligvis en meget anderledes historie end Jordens kappe, fordi pladetektonikken på Jorden er fraværende på Mars, så vidt forskere ved. Historien om det store indre af den røde planet forbliver også et mysterium.

Susko og kolleger ved LSU analyserede geokemiske og overflademorfologiske data fra Elysium ved hjælp af instrumenter om bord på NASAs Mars Odyssey Orbiter (2001) og Mars Reconnaissance Orbiter (2006). De måtte redegøre for det støv, der dækker Mars' overflade i kølvandet på stærke støvstorme, for at sikre, at den lave undergrundskemi faktisk afspejlede Elysiums magmatiske materiale og ikke det overliggende støv.

Gennem kratertælling, forskerne fandt forskelle i alder mellem de nordvestlige og sydøstlige regioner af Elysium - omkring 850 millioner års forskel. De fandt også, at de yngre sydøstlige regioner er geokemisk forskellige fra de ældre regioner, og at disse forskelle faktisk relaterer sig til magmatiske processer, ikke sekundære processer som vekselvirkningen af ​​vand eller is med overfladen af ​​Elysium i fortiden.

"Vi fandt ud af, at selv om der tidligere kunne have været vand i dette område, de geokemiske egenskaber i den øverste meter i hele denne vulkanske provins er tegn på magmatiske processer, " sagde Susko. "Vi tror, ​​at niveauerne af thorium og kalium her blev opbrugt over tid på grund af vulkanudbrud over milliarder af år. De radioaktive grundstoffer var de første, der gik i de tidlige udbrud. Vi ser ændringer i kappekemien over tid."

"Langlivede vulkanske systemer med skiftende magmasammensætning er almindelige på Jorden, men en ny historie på Mars, " sagde James Wray, studie medforfatter og lektor ved School of Earth and Atmospheric Sciences ved Georgia Tech.

Wray ledede en undersøgelse fra 2013, der viste beviser for magmaudvikling ved en anden vulkan på Mars, Syrtis Major, i form af usædvanlige mineraler. Men sådanne mineraler kan stamme fra overfladen af ​​Mars, og er kun synlige på sjældne støvfrie vulkaner.

"Hos Elysium ser vi virkelig kemien ændre sig over tid, ved at bruge en teknik, der potentielt kunne låse op for den magmatiske historie for mange flere regioner på tværs af Mars, " han sagde.

Susko spekulerer i, at selve vægten af ​​Elysiums lavastrømme, som udgør en vulkansk provins seks gange højere og næsten fire gange bredere end sin morfologiske søster på Jorden, Emi Koussi, har fået forskellige dybder af Mars' kappe til at smelte ved forskellige temperaturer. I forskellige regioner af Elysium, lavastrømme kan være kommet fra forskellige dele af kappen. At se kemiske forskelle i forskellige regioner af Elysium, Susko og kolleger konkluderede, at Mars' kappe kunne være heterogen, med forskellige sammensætninger på forskellige områder, eller at det kan være lagdelt under Elysium.

Samlet set, Suskos resultater indikerer, at Mars er et meget mere geologisk komplekst legeme end oprindeligt antaget, måske på grund af forskellige belastningseffekter på kappen forårsaget af vægten af ​​gigantiske vulkaner.

"Det er mere jord-agtigt end måne-agtigt, " sagde Susko. "Månen er skåret og tør. Det mangler ofte de sekundære mineraler, der forekommer på Jorden på grund af forvitring og interaktioner mellem magmatisk vand. I årtier, det er også sådan vi forestillede os Mars, som en livløs klippe, fuld af kratere med en række lange inaktive vulkaner. Vi havde en meget enkel udsigt over den røde planet. Men jo mere vi ser på Mars, jo mindre måneagtigt bliver det. Vi opdager mere variation i bjergarter og geokemiske sammensætninger, som set på tværs af Curiosity Rover's travers i Gale Crater, og mere potentiale for levedygtig ressourceudnyttelse og kapacitet til at opretholde en menneskelig befolkning på Mars. Det er meget lettere at overleve på et komplekst planetarisk legeme, der bærer mineralprodukter fra kompleks geologi end på et enklere legeme som månen eller asteroider."

Susko planlægger at fortsætte med at afklare de geologiske processer, der forårsager den mærkelige kemi, der findes omkring Elysium. I fremtiden, han vil studere disse kemiske anomalier gennem beregningssimuleringer, at afgøre, om genskabelse af trykket i Mars' kappe forårsaget af vægten af ​​gigantiske vulkaner kunne påvirke kappens smeltning for at give den type kemi, der observeres i Elysium.