Метеориты с Марса помогают ученым понять внутреннее строение Красной планеты

Из более чем 74 000 известных метеоритов — камней, падающих на Землю с астероидов или планет, сталкивающихся друг с другом, — только около 385 камней прилетели с планеты Марс.

Ученым не так уж и сложно понять, что эти метеориты прилетели с Марса. Различные посадочные модули и марсоходы исследовали поверхность Марса на протяжении десятилетий. Некоторые из ранних миссий — посадочные модули Viking — имели оборудование для измерения состава атмосферы планеты. Ученые показали, что вы можете увидеть этот уникальный состав марсианской атмосферы, отраженный в некоторых из этих метеоритов.

На Марсе также есть уникальный кислород. Все на Земле, включая людей и воздух, которым мы дышим, состоит из определенного состава трех изотопов элемента кислорода: кислорода-16, кислорода-17 и кислорода-18. Но у Марса совершенно другой состав — это как геохимический отпечаток пальца марсианина.

Марсианские метеориты, найденные на Земле, дают геологам вроде меня подсказки о составе красной планеты и истории ее вулканической активности. Они позволяют нам изучать Марс, не отправляя космический корабль на расстояние в 140 миллионов миль.

Планета парадоксов

Эти марсианские метеориты образовались из некогда раскаленной магмы внутри Марса. После того, как эти вулканические породы остыли и кристаллизовались, радиоактивные элементы внутри них начали распадаться, действуя как радиометрические часы, которые позволяют ученым определить, когда они образовались.

Из этих радиометрических возрастов мы знаем, что некоторые марсианские метеориты имеют возраст всего 175 миллионов лет, что — с геологической точки зрения — довольно молодо. Наоборот, некоторые марсианские метеориты старше и образовались близко ко времени формирования самого Марса.

Эти марсианские метеориты рассказывают историю планеты, которая была вулканически активной на протяжении всей своей истории. Фактически, марсианские вулканы могут извергаться даже сегодня, хотя ученые никогда не видели такого извержения.

Сами породы также сохраняют химическую информацию, которая указывает на то, что некоторые из основных событий на Марсе произошли в начале его истории. Марс образовался довольно быстро, 4,5 миллиарда лет назад, из газа и пыли, которые составляли раннюю Солнечную систему. Затем, очень скоро после образования, его внутренняя часть разделилась на металлическое ядро ​​и твердую каменистую мантию и кору.

С тех пор, похоже, очень мало что потревожило внутреннюю часть Марса — в отличие от Земли, где тектоника плит действовала, чтобы перемешать и гомогенизировать ее глубокие недра. Если использовать пищевую аналогию, то внутренняя часть Земли похожа на смузи, а Марса — на толстый фруктовый салат.

Остатки марсианского вулкана

Понимание того, как Марс пережил столь раннюю и бурную юность, но все еще может оставаться вулканически активным сегодня, является областью, которая меня очень интересует. Я хотел бы узнать, как выглядит внутренняя часть Марса, и как его внутреннее строение может объяснить такие особенности, как вулканы, на поверхности красной планеты.

Когда геологи берутся за поиск ответов на вопросы о вулканизме на Земле, мы обычно изучаем образцы лавы, извергавшиеся в разных местах или в разное время одним и тем же вулканом. Эти образцы позволяют нам отделить локальные процессы, характерные для каждого вулкана, от планетарных процессов, происходящих в более крупных масштабах.

Оказывается, мы можем сделать то же самое для Марса. Довольно экзотически названные метеориты накхлит и хасиннит представляют собой группу пород с Марса, которые изверглись из одной и той же вулканической системы около 1,3 миллиарда лет назад.

Нахлиты — это базальтовые породы, похожие на лавы, которые можно найти в Исландии или на Гавайях, с красивыми крупными кристаллами минерала, известного как клинопироксен. Шассигниты — это породы, состоящие почти полностью из зеленого минерала оливина — вы, возможно, знаете ювелирную разновидность этого минерала, перидот.

Наряду с гораздо более распространенными шерготтитами, которые также являются базальтовыми породами, и несколькими другими более экзотическими типами марсианских метеоритов, эти категории метеоритов составляют все породы с Красной планеты, которыми располагают исследователи.

При совместном изучении нахлиты и чассинниты рассказывают исследователям несколько вещей о Марсе. Во-первых, когда расплавленная порода, которая их образовала, просочилась на поверхность и в конечном итоге остыла и кристаллизовалась, некоторые окружающие более старые породы расплавились в них.

Эта более старая порода не существует в нашей коллекции метеоритов, поэтому моей команде пришлось вычленять ее состав из химической информации, которую мы получили из нахлитов. Из этой информации мы узнали, что более старая порода была базальтовой по составу и химически отличалась от других марсианских метеоритов. Мы обнаружили, что она была химически выветрена под воздействием воды и рассола.

Эта старая порода сильно отличается от образцов марсианской коры в нашей сегодняшней коллекции метеоритов. На самом деле, она гораздо больше похожа на то, как мы ожидаем, что будет выглядеть марсианская кора, основываясь на данных, собранных роверами и спутниками, вращающимися вокруг Марса.

Мы знаем, что магмы, из которых образовались нахлиты и часассигниты, происходят из определенной части мантии Марса. Мантия — это каменистая часть между корой Марса и металлическим ядром. Эти нахлиты и часассигниты происходят из твердой жесткой оболочки в верхней части мантии Марса, известной как мантийная литосфера, и этот источник отличает их от более распространенных шерготтитов.

Шерготтиты происходят как минимум из двух источников на Марсе. Они могут происходить из частей мантии, расположенных прямо под литосферой, или даже из глубокой мантии, которая находится ближе к металлическому ядру планеты.

Понимание того, как работают вулканы на Марсе, может дать информацию для будущих исследовательских вопросов, которые будут решаться миссиями на планету. Это также может помочь ученым понять, была ли планета когда-либо пригодна для жизни или может ли она стать таковой в будущем.

Намеки на обитаемость

Активные геологические процессы и вулканы Земли являются частью того, что делает нашу планету пригодной для жизни. Газы, выделяемые вулканами, являются основной частью нашей атмосферы. Так что если на Марсе происходят похожие геологические процессы, это может быть хорошей новостью для потенциальной пригодности для жизни на красной планете.

Однако Марс намного меньше Земли, и исследования показывают, что он теряет химические элементы, необходимые для устойчивой атмосферы, с тех пор, как он сформировался. В будущем он, скорее всего, не будет похож на Землю.

Наши следующие шаги в понимании Марса заключаются в изучении того, как образовались базальтовые шерготтитовые метеориты. Это разнообразный и очень сложный набор пород, возраст которых варьируется от 175 миллионов лет до 2,4 миллиарда лет или около того.

Более детальное изучение этих метеоритов поможет подготовить следующее поколение ученых к анализу пород, собранных с помощью марсохода Perseverance для предстоящей миссии NASA по возвращению образцов на Марс.

Информация от: The Conversation