На Марсі вперше виявили активний вулкан

Вважають, що виверження вулканів на Червоній планеті давно припинилися. Але останні дані показують, що вони можуть поновитися будь-якої миті. Судячи з струсу марсіанської кори, в ній є осередки рідкої магми. Naked Science розбирався, наскільки надійні ці свідчення.

Минуле всіх скелястих світів Сонячної системи було гарячим. Меркурій, Венера, Земля і Марс рясніють слідами стародавніх вивержень. Але тут ключове слово – «давніх». З усіх планет активні вулкани відомі лише Землі. Застереження «планет» важливе, оскільки саме вулканічно активне тіло Сонячної системи — супутник Юпітера Іо.

Щоправда, якщо ми не бачили вулканів, що діють, то це ще не означає, що їх немає. Жодна планета, крім Землі, не вивчена вулканологами як слід. Є, наприклад, непрямі свідчення, що гори, що вогнедишають, можуть бути на Венері. Але застати їх за виверженням важко хоча б тому, що поверхня цієї планети завжди закрита щільними хмарами. Вивчати Марс простіше, він хоч би з орбіти добре видно. Але про вулканологічну станцію «Фарсида-1» Марсіанського відділення РАН доводиться лише мріяти (Тарсіс, він же Фарсіда — величезне вулканічне нагір'я на Марсі. — Прим.ред.). Всього чотири роки тому (2018-го) на Червоній планеті завдяки зонду InSight запрацював перший пристойний сейсмограф. Він і приніс інтригуючі дані, про які ми поговоримо нижче. Але спочатку розповімо, чим марсіанські вулкани відрізняються від земних і звідки вони взагалі беруться.

Звідки беруться вулкани

Дві сотні років тому натуралісти думали, що Земля всередині рідка. Виходило, що тонка тверда кора відокремлює нас від океану рідкої магми. А вулканічні жерла — це просто дірки в корі. Ця вистава перекочувала в масову культуру і до цього дня збиває людей з пантелику. Насправді з вулканами справа зовсім не так просто. А точніше: по-перше, зовсім не просто, і по-друге, зовсім не так.

Мантія планети (не тільки нашої) хоч і гаряча, але тверда, а не рідка (температура верхньої мантії Землі, наприклад — близько 1300 – 1500 С). Так, вона рухлива, але швидкість мантійних потоків — лічені сантиметри, а то й міліметри на рік. Приблизно тими ж темпами можуть текти бетонні опори погано побудованого моста.

Щоб утворилася магма, тверда речовина мантії (або кори) повинна бути розплавлена. Магма, до речі, також не зовсім рідина. Це суміш рідкого розплаву, кристалів та газів. Її можна порівняти з газованою манною кашею. Вулканічна лава - це магма, що вилилася на поверхню. Під кожним вулканом, що діє, є резервуар магми - магматичний вогнище.

Як розплавити речовину верхньої мантії? Очевидний спосіб: нагріти його вище за температуру плавлення. З цим добре впорається висхідний потік речовини з нижньої мантії, а то й від самої межі ядра - мантійний плюм. Нижня мантія гаряча за верхню, тому «прибулець» несе з собою додаткове тепло, що плавить навколишні породи. Вважається, що такий плюм гріє осередки вулканів гавайських.

Ще можна не шукати додаткове тепло, а просто знизити його температуру плавлення, щоб воно розплавилося при своїй звичайній температурі. До цього, своєю чергою, є два шляхи. Перший - знизити тиск на речовину. Коли глибинні маси мантії піднімаються до поверхні, де тиск менший, вони плавляться. Так утворюється магма під вулканами серединно-океанічних хребтів, у місці потужних висхідних потоків мантійної речовини. Другий шлях - згадати стародавній рекламний слоган і "просто додати води". Суміш мантійної речовини з водою плавиться при температурі, коли суха мантія залишилася б твердою. Тому й існує Тихоокеанське вогняне кільце по краях Тихоокеанської літосферної плити, де насичені водою породи морського дна поринають у мантію.

Неземне довголіття

Земні вулкани часто живуть тисячі років, іноді сотні тисячоліть. Але не мільйони років. Рух тектонічних плит не дозволить магматичному осередку довго існувати на одному місці. Воно зрушить осередок з грілки мантійного плюма або змістить точку припливу води в мантію.

Але на Марсі, як вважають науковці, немає рухомих літосферних плит. І, швидше за все, ніколи не було. Тому магматичні вогнища можуть бути надзвичайно довговічними. Метеорити марсіанського походження показують, що один і той же вулкан міг час від часу прокидатися протягом майже ста мільйонів років! І при кожному виверженні викидати нові маси лави та попелу.

Додавши до цього низьку силу тяжкості (38% земної), ми зрозуміємо, чому найвищі вулкани Сонячної системи саме на Марсі. Найграндіозніший із них — Олімп. Цю громадину з діаметром основи 540 кілометрів важко навіть назвати горою. Її неможливо повністю побачити з поверхні: більшість Олімпу завжди буде прихована за горизонтом. Висота цього колосу перевищує 21 кілометр, якщо рахувати від підніжжя. А над умовним місцевим «рівнем моря» гігант височить на понад 24 кілометри! Інші марсіанські вулкани не такі грандіозні, як Олімп, але теж вражають.

Проте всі сліди марсіанських вивержень дуже давні. Наймолодші з них старші за два мільйони років. Звідки ми знаємо їхній вік? Завдяки підрахунку метеоритних кратерів. Фахівці знають (принаймні теоретично), як часто на Червону планету падають метеорити того чи іншого розміру. Оскільки ерозія на Марсі слабка, кратери майже руйнуються. Якщо на якійсь ділянці поверхні їх мало і вони дрібні, значить ця ділянка молода. Метод не дуже точний, проте зручний.

Донедавна не було жодних свідчень, що на Марсі є вулкани, що діють. Більше того, здавалося найімовірнішим, що їх якраз немає. Усі планети поступово остигають, витрачаючи внутрішнє тепло. На Марсі, який менший за Землю за масою майже вдесятеро, цей процес зайшов дуже далеко. А там, де мало підземного тепла, важко чекати на плавлення мантії.

До речі, багато експертів вважають, що численні глибокі тріщини в корі планети — наслідок остигання. Планета зменшується обсягом, зіщулюється, і її кора тріскається.

Тріщина в теорії

2021 року в журналі Icarus вийшла цікава стаття. Астрономи виявили щось дуже схоже на нові вулканічні відкладення на знімках з апарату Mars Reconnaissance Orbiter. Ця темна пляма навколо однієї з так званих борозен Цербера — глибоких тріщин у корі Марса. Пляма майже симетрична і витягнута над напрямом панівних вітрів. Тож його походження важко приписати капризам Еола. Відкладення мають велику теплоємність: повільно нагріваються і так само повільно остигають. У поєднанні із кольором це змушує підозрювати, що вони складаються з вулканічного мінералу піроксену.

Схожі структури неодноразово виявлялися на Місяці та Меркурії і зазвичай вважалися вулканічними. Але, на відміну від своїх двійників на інших небесних тілах, марсіанська пляма дуже молода. Йому від 50 до 200 тисячоліть. Навіть на Землі з її рухомими плитами вулкани такого віку можуть бути діючими, а вже на Марсі й поготів.

Солодке тремтіння відкриття

Автори статті в Icarus відразу ж відзначили, що саме в районі борозен Цербера знаходилися епіцентри найсильніших маротрусів, зафіксованих сейсмографом InSight. І ось тепер у журналі Nature Astronomy вийшла нова робота. Вчені проаналізували дані про безліч маротрусів, благо їх зафіксовано вже понад 1300. Експерти виділили особливий клас струсів Марса: низькочастотні. За характером сигналу вони досить схожі на події, які звичні земним сейсмологам. Можна сподіватися, що причина таких підземних поштовхів не в потріскуванні кори, що стискається, і не в рідкісних падіннях метеоритів, а в геологічній активності Марса.

Для 18 із 24 таких низькочастотних струсів вдалося визначити дистанцію між сейсмографом та епіцентром. І вона збіглася (у межах похибки) з відстанню до борозен Цербера. Тобто до того місця, де знайшлися свіжі вулканічні відкладення чи щось дуже схоже.

Але це ще не все. Судячи зі швидкості сейсмічних хвиль, вони пройшли через рідке або майже рідке середовище. Мантія, нагадаємо, тверда. І кора також тверда. Що може бути рідким? Магма.

Схоже, під дном як мінімум однієї з борозен Цербера є магматичне вогнище. А якщо так, то і сама тріщина, швидше за все, утворилася в результаті вулканічної катастрофи, а не поступового розтріскування кори, що остигає. А найважливіше в тому, що поки магма залишається рідкою, вона може бути викинута на поверхню. Марсіанський вулкан може прокинутися та заявити про себе.

Два незалежні свідчення — знімки з орбіти та сейсмограми з поверхні — це чимало. Але вчені дуже серйозно ставляться до поняття «встановлений факт». Прес-служба може змусити їх зробити гучну заяву для релізу, але у своєму колі вони не поспішають із висновками, неквапливо та прискіпливо накопичуючи аргументи за та проти. Можливо, одного разу на Марсі з'явиться ціла мережа сейсмографів, прилади виміряють потік підземного тепла в різних точках планети, а зразки порід з країв тієї самої тріщини будуть вивчені марсоходами, а то й доставлені до земних лабораторій. І тоді можна буде точно сказати, чи є там магматичне вогнище. Ну, чи нам дуже пощастить, і орбітальні апарати сфотографують процес виверження.