De mantel van Mars is misschien ingewikkelder dan eerder werd gedacht. In een nieuwe studie die vandaag is gepubliceerd in het aan Nature gelieerde tijdschrift Wetenschappelijke rapporten , onderzoekers van LSU documenteren geochemische veranderingen in de tijd in de lavastromen van Elysium, een belangrijke vulkanische provincie op Mars.

LSU Geologie en Geofysica afgestudeerde onderzoeker David Susko leidde de studie met collega's van LSU, waaronder zijn adviseur Suniti Karunatillake, de Universiteit van Rahuna in Sri Lanka, het SETI-instituut, Georgia Instituut van Technologie, NASA Ames, en het Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie in Frankrijk.

Ze ontdekten dat de ongebruikelijke chemie van lavastromen rond Elysium consistent is met primaire magmatische processen, zoals een heterogene mantel onder het oppervlak van Mars of het gewicht van de bovenliggende vulkanische berg waardoor verschillende lagen van de mantel bij verschillende temperaturen smelten terwijl ze in de loop van de tijd naar de oppervlakte komen.

Elysium is een gigantisch vulkanisch complex op Mars, de tweede grootste achter Olympic Mons. voor schaal, het stijgt tot tweemaal de hoogte van de Mount Everest op aarde, of ongeveer 16 kilometer. geologisch, echter, Elysium lijkt meer op het Tibesti-gebergte op aarde in Tsjaad, de Emi Koussi in het bijzonder, dan Everest. Deze vergelijking is gebaseerd op beelden van de regio van de Mars Orbiter Camera, of MOC, aan boord van de Mars Global Surveyor, of MGS, Missie.

Elysium is ook uniek onder de vulkanen op Mars. Het is geïsoleerd in de noordelijke laaglanden van de planeet, terwijl de meeste andere vulkanische complexen op Mars zich clusteren in de oude zuidelijke hooglanden. Elysium heeft ook stukken lavastromen die opmerkelijk jong zijn voor een planeet die vaak als geologisch stil wordt beschouwd.

"De meeste vulkanische kenmerken die we op Mars bekijken, zijn in het bereik van 3-4 miljard jaar oud, Susko zei. "Er zijn enkele plekken met lavastromen op Elysium waarvan we schatten dat ze 3-4 miljoen jaar oud zijn, dus drie orden van grootte jonger. In geologische tijdschalen, 3 miljoen jaar geleden is als gisteren."

In feite, De vulkanen van Elysium kunnen hypothetisch nog steeds uitbarsten, Susko zei, hoewel verder onderzoek nodig is om dit te bevestigen. "Minstens, we kunnen actieve vulkanen op Mars nog niet uitsluiten, "Zei Susko. "Wat erg spannend is."

Vooral Susko's werk onthult dat de samenstelling van vulkanen op Mars kan evolueren tijdens hun uitbarstingsgeschiedenis. In eerder onderzoek onder leiding van Karunatillake, assistent-professor bij de afdeling Geologie en Geofysica van LSU, onderzoekers in het Planetary Science Lab van LSU, of PSL, ontdekte dat bepaalde regio's van Elysium en de omliggende ondiepe ondergrond van Mars geochemisch afwijkend zijn, vreemd zelfs in vergelijking met andere vulkanische gebieden op Mars. Ze zijn uitgeput in de radioactieve elementen thorium en kalium. Elysium is een van de slechts twee stollingsprovincies op Mars waar onderzoekers tot nu toe zulke lage niveaus van deze elementen hebben gevonden.

"Omdat thorium en kalium radioactief zijn, ze zijn enkele van de meest betrouwbare geochemische handtekeningen die we op Mars hebben, "Zei Susko. "Ze gedragen zich als bakens die hun eigen gammafotonen uitzenden. Deze elementen koppelen ook vaak in vulkanische omgevingen op aarde."

In hun nieuwe krant Susko en collega's begonnen de geologische geschiedenis van Elysium samen te stellen, een uitgestrekt vulkanisch gebied op Mars gekenmerkt door vreemde chemie. Ze probeerden te ontdekken waarom sommige lavastromen van Elysium zo geochemisch ongebruikelijk zijn, of waarom ze zulke lage niveaus van thorium en kalium hebben. Is het omdat, zoals andere onderzoekers vermoeden, gletsjers in deze regio lang geleden de oppervlaktechemie veranderden door waterige processen? Of is het omdat deze lavastromen uit andere delen van de mantel van Mars zijn ontstaan ​​dan bij andere vulkaanuitbarstingen op Mars?

Misschien is de mantel in de loop van de tijd veranderd, wat betekent dat recentere vulkaanuitbarstingsstromen chemisch verschillen van oudere. Als, Susko zou de geochemische eigenschappen van Elysium kunnen gebruiken om te bestuderen hoe de massamantel van Mars in de loop van de geologische tijd is geëvolueerd. met belangrijke inzichten voor toekomstige missies naar Mars. Het begrijpen van de evolutionaire geschiedenis van de mantel van Mars kan onderzoekers helpen een beter begrip te krijgen van welke soorten waardevolle ertsen en andere materialen in de korst kunnen worden gevonden, evenals of vulkanische gevaren in de nabije toekomst onverwacht menselijke missies naar Mars zouden kunnen bedreigen. De mantel van Mars heeft waarschijnlijk een heel andere geschiedenis dan de mantel van de aarde, omdat de platentektoniek op aarde voor zover onderzoekers weten afwezig is op Mars. De geschiedenis van het grootste deel van het interieur van de rode planeet blijft ook een mysterie.

Susko en collega's van LSU analyseerden geochemische en oppervlaktemorfologische gegevens van Elysium met behulp van instrumenten aan boord van NASA's Mars Odyssey Orbiter (2001) en Mars Reconnaissance Orbiter (2006). Ze moesten rekening houden met het stof dat het oppervlak van Mars bedekt in de nasleep van sterke stofstormen, om ervoor te zorgen dat de ondiepe ondergrondse chemie daadwerkelijk het stollingsmateriaal van Elysium weerspiegelde en niet het bovenliggende stof.

Door het tellen van kraters, de onderzoekers vonden verschillen in leeftijd tussen de noordwestelijke en zuidoostelijke regio's van Elysium - ongeveer 850 miljoen jaar verschil. Ze ontdekten ook dat de jongere zuidoostelijke regio's geochemisch verschillen van de oudere regio's, en dat deze verschillen in feite betrekking hebben op stollingsprocessen, geen secundaire processen zoals de interactie van water of ijs met het oppervlak van Elysium in het verleden.

"We hebben vastgesteld dat, hoewel er in het verleden mogelijk water in dit gebied heeft gestaan, de geochemische eigenschappen in de bovenste meter in deze vulkanische provincie zijn indicatief voor stollingsprocessen, " zei Susko. "We denken dat de niveaus van thorium en kalium hier in de loop van de tijd zijn uitgeput als gevolg van vulkaanuitbarstingen gedurende miljarden jaren. De radioactieve elementen waren de eersten die tijdens de vroege uitbarstingen verdwenen. We zien in de loop van de tijd veranderingen in de mantelchemie."

"Langlevende vulkanische systemen met veranderende magmasamenstellingen komen veel voor op aarde, maar een opkomend verhaal over Mars, " zei James Wray, studeer co-auteur en universitair hoofddocent aan de School of Earth and Atmospheric Sciences van Georgia Tech.

Wray leidde een onderzoek uit 2013 dat bewijs toonde voor magma-evolutie bij een andere vulkaan op Mars, Syrtis majoor, in de vorm van ongebruikelijke mineralen. Maar dergelijke mineralen kunnen afkomstig zijn van het oppervlak van Mars, en zijn alleen zichtbaar op zeldzame stofvrije vulkanen.

"Bij Elysium zien we echt dat de bulkchemie in de loop van de tijd verandert, met behulp van een techniek die mogelijk de magmatische geschiedenis van veel meer regio's op Mars zou kunnen ontsluiten, " hij zei.

Susko speculeert dat het gewicht van de lava van Elysium, die een vulkanische provincie vormen die zes keer hoger en bijna vier keer breder is dan zijn morfologische zuster op aarde, Emi Koussi, heeft geleid tot het smelten van verschillende diepten van de mantel van Mars bij verschillende temperaturen. In verschillende regio's van Elysium, lavastromen kunnen afkomstig zijn uit verschillende delen van de mantel. Chemische verschillen zien in verschillende regio's van Elysium, Susko en collega's concludeerden dat de mantel van Mars heterogeen zou kunnen zijn, met verschillende composities in verschillende gebieden, of dat het kan worden gestratificeerd onder Elysium.

Algemeen, Susko's bevindingen geven aan dat Mars een veel geologisch complexer lichaam is dan oorspronkelijk werd gedacht, misschien vanwege verschillende belastingseffecten op de mantel veroorzaakt door het gewicht van gigantische vulkanen.

"Het is meer aardeachtig dan maanachtig, "Zei Susko. "De maan is gesneden en droog. Het mist vaak de secundaire mineralen die op aarde voorkomen als gevolg van verwering en stollingswaterinteracties. Al decenia, dat is ook hoe we ons Mars voorstelden, als een levenloze rots, vol kraters met een aantal lange inactieve vulkanen. We hadden een heel eenvoudig beeld van de rode planeet. Maar hoe meer we naar Mars kijken, hoe minder maanachtig het wordt. We ontdekken meer variatie in gesteentesoorten en geochemische samenstellingen, zoals te zien aan de overkant van de Curiosity Rover's traverse in Gale Crater, en meer potentieel voor levensvatbaar gebruik van hulpbronnen en capaciteit om een ​​menselijke populatie op Mars in stand te houden. Het is veel gemakkelijker om te overleven op een complex planetair lichaam dat de minerale producten van complexe geologie bevat dan op een eenvoudiger lichaam zoals de maan of asteroïden."

Susko is van plan door te gaan met het ophelderen van de geologische processen die de vreemde chemie rond Elysium veroorzaken. In de toekomst, hij zal deze chemische anomalieën bestuderen door middel van computationele simulaties, om te bepalen of het opnieuw creëren van de druk in de mantel van Mars, veroorzaakt door het gewicht van gigantische vulkanen, het smelten van de mantel zou kunnen beïnvloeden om het type chemie te verkrijgen dat in Elysium wordt waargenomen.