Некоторые вулканы могут вызывать извержения такой силы, что они выбрасывают в воздух океаны пыли и токсичных газов, блокируя солнечный свет и изменяя климат планеты на десятилетия. Изучая топографию и минеральный состав части региона Arabia Terra на севере Марса, ученые недавно обнаружили свидетельства тысяч таких извержений, или "суперизвержений", которые являются самыми сильными из известных вулканических взрывов.
Выбрасывая в воздух водяной пар, двуокись углерода и двуокись серы, эти взрывы прорывали поверхность Марса в течение 500 миллионов лет около 4 миллиардов лет назад. Ученые сообщили об этой оценке в статье, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters в июле 2021 года.
«Каждое из этих извержений оказало бы значительное влияние на климат - возможно, выделившийся газ сделал атмосферу гуще или заблокировал Солнце и сделал атмосферу холоднее», - сказал Патрик Уэлли, геолог из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, который руководил анализом Arabia Terra. «Моделистам марсианского климата предстоит проделать огромную работу, чтобы попытаться понять влияние вулканов».
После того, как вулкан такой величины, эквивалентный 400 миллионам бассейнов олимпийского размера с расплавленным камнем и газом, взорвался и распространил плотное одеяло пепла на тысячи километров от места извержения, вулкан такой величины падает в гигантскую дыру, называемую кальдерой. Кальдеры, которые также существуют на Земле, могут иметь ширину в десятки километров. Семь кальдер в Arabia Terra были первыми свидетельствами того, что в этом регионе, возможно, когда-то были вулканы, способные к сильным извержениям.
Когда-то считалось, что это впадины были оставлены ударами астероидов на поверхности Марса миллиарды лет назад. И только в 2013 году ученые впервые предположили, что эти бассейны были вулканическими кальдерами. Они заметили, что те не были идеально круглыми, как кратеры, и у них были признаки обрушения, такие как очень глубокие полы и скамейки из камня у стен.
«Мы прочитали прошлое исследование и хотели продолжить изучение, но вместо того, чтобы искать сами вулканы, мы искали пепел, потому что вы не можете скрыть эти доказательства», - сказал Уэлли.
Уэлли и его коллегам пришла идея поискать доказательства наличия пепла после встречи с Александрой Матиеллой Новак, вулканологом из Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса в Лореле. Матиэлла Новак уже использовала данные с орбитального аппарата НАСА «Mars Reconnaissance Orbiter», чтобы найти пепел в других местах на Марсе, поэтому она сотрудничала с Уэлли и его командой, чтобы конкретно изучить Arabia Terra.
Анализ команды последовал за работой других ученых, которые ранее предположили, что минералы на поверхности Arabia Terra имели вулканическое происхождение. Другая исследовательская группа, узнав, что бассейны Arabia Terra могут быть кальдерами, вычислила, где мог осесть пепел от возможных суперизвержений в этом регионе: двигаясь с подветренной стороны, на восток, он будет рассеиваться вдали от центра вулканов или, в данном случае, того, что от них осталось - кальдеры.
Команда использовала изображения со спектрометра MRO для визуализации Марса, чтобы идентифицировать минералы на поверхности. Заглядывая в стены каньонов и кратеров на расстоянии от сотен до тысяч километров от кальдер, куда пепел мог быть отнесен ветром, они обнаружили вулканические минералы, превращенные водой в глину, в том числе монтмориллонит, имоголит и аллофан. Затем, используя изображения с камер MRO, команда создала трехмерные топографические карты Arabia Terra. Путем анализа карт, исследователи смогли увидеть в богатых минералами отложениях, что слои пепла были очень хорошо сохранены. Вместо того, чтобы перемешаться ветрами и водой, пепел был слоистым - таким же, как будто он был свежим.
«Именно тогда я понял, что это не случайность, а настоящий сигнал», - сказал Джейкоб Ричардсон, геолог из НАСА, работавший с Уэлли и Новаком. «Мы на самом деле видим то, что было предсказано, и это был самый волнующий момент для меня».
Те же ученые, которые первоначально определили кальдеры в 2013 году, также подсчитали, сколько материала могло вырваться из вулканов, исходя из объема каждой кальдеры. Эта информация позволила Уэлли и его коллегам рассчитать количество извержений, необходимых для образования слоя пепла, который они обнаружили. Оказалось, что это были тысячи извержений, сказал Уэлли.
Один оставшийся вопрос заключается в том, как на планете может быть только один тип вулканов в регионе. На Земле вулканы, способные к сверхизвержениям рассеяны по всему миру и существуют в тех же районах, что и другие типы вулканов (последнее супер извержение произошло 76 000 лет назад на Суматре, Индонезия). На Марсе также есть много других типов вулканов, в том числе самый большой вулкан в Солнечной системе, называемый Олимп. Гора Олимп в 100 раз больше по объему, чем самый большой вулкан Земли Мауна-Лоа на Гавайях, и известен как «щитовой вулкан», где лава стекает с пологой горы. Arabia Terra до сих пор имеет единственные свидетельства взрывоопасных вулканов на Марсе.
Возможно, что сверхэруптивные вулканы были сосредоточены в регионах Земли, но подверглись физической и химической эрозии или передвинулись по всему земному шару, когда континенты сдвинулись из-за тектоники плит. Эти типы взрывоопасных вулканов также могли существовать в районах луны Юпитера Ио или могли быть на Венере. Как бы то ни было, Ричардсон надеется, что Arabia Terra научит ученых чему-то новому в геологических процессах, которые помогают формировать планеты и луны.
«Люди прочтут нашу статью и спросят: "Как? Как Марс мог это сделать? Как может такая крошечная планета расплавить достаточно камня, чтобы привести в действие тысячи суперизвержений в одном месте?» - сказал он. «Я надеюсь, что эти вопросы приведут к большому количеству других исследований».
Підписуйтесь на наш Telegram канал Enigma