Внутри Марса обнаружили следы гигантской магматической системы

Особенно удивительно то, что подобные системы раньше связывали прежде всего с Землёй и её тектоникой плит. На Марсе движущихся тектонических плит нет.

Загадочный слой на глубине 24 километров

Ключом к открытию стала особенность в строении марсианской коры.

Данные InSight показывали, что примерно на глубине 24 километров под поверхностью находится граница, на которой свойства пород резко меняются. Учёные знали о существовании этой границы и раньше, но не могли точно определить, чем она обусловлена.

Исследователи решили проверить сотни возможных вариантов состава пород. Для этого они объединили данные о распространении сейсмических волн с моделями физических свойств минералов и статистическим анализом.

Результат оказался неожиданным.

Породы выше границы лучше всего соответствуют так называемым мафическим породам, близким по составу к базальтам. А ниже неё находятся породы с гораздо более высоким содержанием железа и магния — ультрамафические породы.

Согласно модели исследователей, нижняя часть коры Марса содержит примерно 14-километровый слой пород, обеднённых расплавом.

И это важно, потому что такой слой трудно объяснить обычным охлаждением планеты.

Что происходило под поверхностью Марса

Представить обнаруженный процесс можно как гигантскую систему переработки магмы.

Глубоко в недрах Марса горячее вещество мантии поднималось вверх. В некоторых местах магма внедрялась в основание коры и выделяла огромное количество тепла.

Часть пород при этом плавилась.

Затем происходило разделение расплава и кристаллов: более тяжёлые минералы оседали в нижней части системы, а более лёгкий и химически изменённый расплав продолжал двигаться вверх.

Некоторые порции магмы могли останавливаться в коре и формировать промежуточные магматические резервуары. Другие продолжали подниматься к поверхности и в конечном итоге могли питать вулканическую активность.

Получалась своеобразная вертикальная система, в которой магма постоянно перемещалась между мантией, нижней корой и более высокими слоями.

Именно такие структуры учёные называют транскрустальными магматическими системами.

Важно, что речь идёт не об одной гигантской полости, заполненной жидкой магмой. Скорее, речь идёт о сложной системе из расплавов, кристаллов, частично расплавленных пород и магматических резервуаров, которые взаимодействовали между собой на протяжении длительного времени.

Почему это неожиданно для Марса

На Земле подобные процессы хорошо известны.

Здесь движение тектонических плит постоянно перемещает и перерабатывает земную кору. В районах вулканических дуг магма поднимается из мантии, взаимодействует с корой, меняет свой химический состав и может участвовать в формировании сложных пород.

В конечном итоге именно такие процессы сыграли огромную роль в формировании континентов.

Но Марс устроен иначе.

У Красной планеты нет земной системы тектонических плит. Его литосфера фактически представляет собой неподвижную «крышку» над внутренними слоями планеты. Поэтому долгое время считалось, что Марс не способен поддерживать настолько сложную систему переработки магмы.

Новое исследование ставит это представление под вопрос.

Авторы работы считают, что транскрустальный магматизм мог возникать и без тектоники плит. Для этого достаточно сочетания подъёма вещества из мантии, высокой температуры и многократного внедрения магмы в нижние слои коры.

Система могла быть огромной

Самое впечатляющее предположение касается масштабов этой древней системы.

Исследователи обнаружили признаки похожей границы не только непосредственно в районе посадки InSight. Сейсмические наблюдения указывают на то, что аналогичная структура распространена на значительной части северного полушария Марса.

Поэтому учёные предполагают, что процессы, происходившие под поверхностью, могли быть региональными и распространяться на сотни или даже тысячи километров.

Это полностью меняет представление о древней геологии Красной планеты.

Вместо набора относительно независимых вулканических очагов Марс мог обладать огромной взаимосвязанной магматической системой, которая на протяжении длительного времени перерабатывала его кору.

Причём здесь вулканы

Марс известен своими гигантскими вулканами. Самый знаменитый из них — Олимп, крупнейший известный вулкан Солнечной системы.

До сих пор геологи могли представить марсианский вулканизм как относительно простой процесс: горячее вещество поднимается из глубин, достигает коры и в определённых местах выходит на поверхность.

Однако новая работа рисует гораздо более сложную картину.

Магма могла не просто двигаться напрямую из мантии к поверхности. Она могла многократно останавливаться, кристаллизоваться, снова плавить окружающие породы, смешиваться с ними и менять химический состав.

В результате один и тот же источник магмы мог участвовать в формировании совершенно разных типов пород на разных глубинах.

Именно это и называется магматической дифференциацией.

Исследователи отмечают, что другие независимые данные также указывают на существование магматических резервуаров в верхней и средней коре Марса. В частности, об этом говорят сейсмические наблюдения, данные орбитальных аппаратов и исследования марсианских пород и метеоритов.

Марс мог создавать сложную кору без тектоники плит

В этом заключается главное научное значение работы.

До сих пор существовала довольно простая логика: если планета не обладает тектоникой плит, ей трудно создать такую же сложную и химически разнообразную кору, как Земля.

Но Марс показывает, что это не обязательно так.

Если транскрустальные магматические системы действительно могут формироваться без движения плит, то для возникновения сложной коры планете не обязательно иметь земную геологическую архитектуру.

Это важно не только для изучения Марса.

Учёные пытаются понять, насколько уникальна Земля среди каменистых планет. Если сложная геология может возникать даже на планете без современной тектоники плит, аналогичные процессы могут происходить и на других мирах.

В перспективе это меняет подход к поиску потенциально обитаемых планет. Возможно, для появления сложной коры, атмосферы и долгосрочно стабильных условий вовсе не требуется точная копия земной тектоники.

Что происходило с водой и атмосферой Марса

У открытия есть и более широкий климатический контекст.

Геологические процессы внутри планеты влияют не только на горы и вулканы. Они способны определять состав атмосферы, движение воды и углерода, а также долгосрочную стабильность климата.

На Земле вулканизм и тектоника участвуют в глобальных геохимических циклах. В частности, они помогают перемещать воду и углерод между недрами, поверхностью, океанами и атмосферой.

Если древний Марс действительно обладал масштабной системой переработки коры, его внутренняя геология могла быть намного активнее связана с поверхностной средой, чем предполагалось ранее.

Это особенно интересно потому, что ранний Марс был совсем не похож на холодную и сухую планету, которую мы видим сегодня. На его поверхности существовали древние долины, русла и минералы, формирование которых связано с водой.

Новая работа не доказывает напрямую существование обитаемой среды, но помогает лучше понять, какие внутренние процессы могли поддерживать геологически активный Марс в далёком прошлом.

Марс оказался не таким «мёртвым», как казалось

Миссия InSight завершила работу ещё в 2022 году, но её данные продолжают приносить новые открытия.

Сейсмометр аппарата впервые позволил учёным непосредственно изучать внутреннее строение другой каменистой планеты по распространению сейсмических волн. Именно эти данные теперь помогают реконструировать процессы, происходившие на Марсе миллиарды лет назад.

Получается парадоксальная ситуация.

Сегодня Марс выглядит геологически гораздо спокойнее Земли. На нём нет глобальной тектоники плит, а большинство его гигантских вулканов давно перестали извергаться.

Но в далёком прошлом Красная планета могла быть чрезвычайно динамичным миром.

Под её поверхностью магма могла перемещаться на огромные расстояния, плавить окружающие породы, формировать новые минералы и постепенно перестраивать кору.

И теперь у учёных появились свидетельства того, что этот процесс был не локальным явлением вокруг отдельных вулканов, а частью огромной взаимосвязанной магматической системы.

Новая картина древнего Марса

Главный вывод исследования заключается не в том, что под Марсом сегодня находится гигантский океан расплавленной породы.

Скорее, учёные нашли признаки того, что древний Марс умел создавать и перерабатывать сложную кору гораздо эффективнее, чем предполагалось.

На глубине около 24 километров обнаружен слой, который, согласно новой интерпретации, сформировался в условиях интенсивной магматической активности. Под ним располагается ещё более глубокая структура, связанная с границей коры и мантии. А выше могли существовать резервуары, в которых магма постепенно меняла состав перед дальнейшим подъёмом.

В результате перед исследователями возникает совершенно новый образ Красной планеты: не холодного и геологически примитивного мира, а планеты, которая когда-то обладала сложной внутренней системой переработки вещества.

И самое интересное здесь то, что для её существования, судя по всему, не понадобилась тектоника плит.

Это означает, что Марс может оказаться не исключением, а примером того, насколько разнообразными могут быть пути геологического развития каменистых планет.

Возможно, чтобы превратить молодую планету в сложный геологический мир, природе вовсе не обязательно создавать вторую Землю.