Auf der Erde verändern sich verschiebende tektonische Platten die Oberfläche des Planeten und sorgen für ein dynamisches Inneres, so dass das Fehlen solcher Prozesse auf dem Mars viele dazu veranlasste, ihn für einen toten Planeten zu halten, auf dem in den letzten 3 Milliarden Jahren nicht viel passiert ist.
In der aktuellen Ausgabe von Naturastronomie, stellen Wissenschaftler der University of Arizona aktuelle Ansichten über die geodynamische Evolution des Mars mit einem Bericht über die Entdeckung einer aktiven Mantelwolke in Frage, die die Oberfläche nach oben drückt und Erdbeben und Vulkanausbrüche verursacht. Das Ergebnis deutet darauf hin, dass die trügerisch ruhige Oberfläche des Planeten ein turbulenteres Inneres verbergen könnte, als bisher angenommen.
„Unsere Studie präsentiert mehrere Beweislinien, die das Vorhandensein einer riesigen aktiven Mantelfahne auf dem heutigen Mars zeigen“, sagte Adrien Broquet, Postdoktorand am UArizona Lunar and Planetary Laboratory und Co-Autor der Studie mit Jeff Andrews -Hanna, außerordentliche Professorin für Planetenwissenschaften am LPL.
Mantelwolken sind große Klumpen aus warmem und schwimmendem Gestein, die aus dem tiefen Inneren eines Planeten aufsteigen und durch seine Zwischenschicht – den Mantel – drängen, um die Basis seiner Kruste zu erreichen, was Erdbeben, Verwerfungen und Vulkanausbrüche verursacht. Die Inselkette von Hawaii zum Beispiel entstand, als die pazifische Platte langsam über einen Mantelplume driftete.
„Wir haben starke Beweise dafür, dass Mantelwolken auf der Erde und der Venus aktiv sind, aber das ist auf einer kleinen und angeblich kalten Welt wie dem Mars nicht zu erwarten“, sagte Andrews-Hanna. „Der Mars war vor 3 bis 4 Milliarden Jahren am aktivsten, und die vorherrschende Ansicht ist, dass der Planet heute im Wesentlichen tot ist.“
„Eine enorme Menge an vulkanischer Aktivität zu Beginn der Geschichte des Planeten hat die höchsten Vulkane im Sonnensystem gebaut und den größten Teil der nördlichen Hemisphäre mit vulkanischen Ablagerungen bedeckt“, sagte Broquet. „Die wenigen Aktivitäten, die in der jüngeren Geschichte stattgefunden haben, werden typischerweise passiven Prozessen auf einem sich abkühlenden Planeten zugeschrieben.“
Die Forscher wurden von überraschend viel Aktivität in einer ansonsten unscheinbaren Region des Mars namens Elysium Planitia angezogen, einer Ebene im nördlichen Tiefland des Mars nahe dem Äquator. Im Gegensatz zu anderen Vulkanregionen auf dem Mars, die seit Milliarden von Jahren keine nennenswerte Aktivität mehr erlebt haben, erlebte Elysium Planitia in den letzten 200 Millionen Jahren große Eruptionen.
„Frühere Arbeiten unserer Gruppe fanden in Elysium Planitia Beweise für den jüngsten bekannten Vulkanausbruch auf dem Mars“, sagte Andrews-Hanna. „Es hat vor etwa 53.000 Jahren eine kleine Explosion von Vulkanasche erzeugt, die in geologischer Zeit im Wesentlichen gestern ist.“
Der Vulkanismus bei Elysium Planitia hat seinen Ursprung in den Cerberus Fossae, einer Reihe junger Spalten, die sich über mehr als 800 Meilen über die Marsoberfläche erstrecken. Kürzlich fand das InSight-Team der NASA heraus, dass fast alle Marsbeben oder Marsbeben von dieser einen Region ausgehen. Obwohl diese junge vulkanische und tektonische Aktivität dokumentiert wurde, blieb die zugrunde liegende Ursache unbekannt.
Auf der Erde werden Vulkanismus und Erdbeben in der Regel entweder mit Mantelwolken oder mit Plattentektonik in Verbindung gebracht, dem globalen Kreislauf driftender Kontinente, der die Kruste kontinuierlich recycelt.
„Wir wissen, dass der Mars keine Plattentektonik hat, also haben wir untersucht, ob die Aktivität, die wir in der Region Cerberus Fossae sehen, das Ergebnis einer Mantelwolke sein könnte“, sagte Broquet.
Mantelwolken, die als Analogie zu heißen Wachsklumpen angesehen werden können, die in Lavalampen aufsteigen. geben ihre Anwesenheit auf der Erde durch eine klassische Abfolge von Ereignissen preis. Warmes Federmaterial drückt gegen die Oberfläche, hebt und dehnt die Kruste. Geschmolzenes Gestein aus der Wolke bricht dann als Flutbasalte aus, die riesige vulkanische Ebenen schaffen.
Als das Team die Merkmale von Elysium Planitia untersuchte, fand es Beweise für die gleiche Abfolge von Ereignissen auf dem Mars. Die Oberfläche wurde um mehr als eine Meile angehoben, was sie zu einer der höchsten Regionen im weiten nördlichen Tiefland des Mars macht. Analysen subtiler Schwankungen im Gravitationsfeld zeigten, dass diese Anhebung aus dem tiefen Inneren des Planeten unterstützt wird, was mit dem Vorhandensein einer Mantelwolke übereinstimmt.
Andere Messungen zeigten, dass der Boden von Einschlagskratern in Richtung der Wolke geneigt ist, was die Annahme weiter stützt, dass etwas die Oberfläche nach oben gedrückt hat, nachdem sich die Krater gebildet haben. Als die Forscher schließlich ein tektonisches Modell auf das Gebiet anwendeten, stellten sie fest, dass das Vorhandensein einer riesigen Wolke mit einer Breite von 2.500 Meilen die einzige Möglichkeit war, die Ausdehnung zu erklären, die für die Bildung der Cerberus Fossae verantwortlich war.
„In Bezug auf das, was Sie von einer aktiven Mantelwolke erwarten, kreuzt Elysium Planitia alle richtigen Kästchen an“, sagte Broquet und fügte hinzu, dass der Befund eine Herausforderung für Modelle darstellt, die von Planetenwissenschaftlern verwendet werden, um die thermische Entwicklung von Planeten zu untersuchen. „Diese Mantelwolke hat eine Fläche des Mars beeinflusst, die ungefähr der der kontinentalen Vereinigten Staaten entspricht. Zukünftige Studien müssen einen Weg finden, um eine sehr große Mantelwolke zu erklären, die dort nicht erwartet wurde.
„Früher dachten wir, dass InSight in einer der geologisch langweiligsten Regionen auf dem Mars gelandet ist – eine schöne flache Oberfläche, die ungefähr repräsentativ für das Tiefland des Planeten sein sollte“, fügte Broquet hinzu. „Stattdessen zeigt unsere Studie, dass InSight direkt auf einem aktiven Plume-Kopf gelandet ist.“
Das Vorhandensein einer aktiven Wolke wird die Interpretationen der von InSight aufgezeichneten seismischen Daten beeinflussen, die nun die Tatsache berücksichtigen müssen, dass diese Region für den Mars alles andere als normal ist.
„Eine aktive Mantelwolke auf dem Mars heute zu haben, ist ein Paradigmenwechsel für unser Verständnis der geologischen Entwicklung des Planeten“, sagte Broquet, „ähnlich wie damals, als Analysen seismischer Messungen, die während der Apollo-Ära aufgezeichnet wurden, zeigten, dass der Kern des Mondes geschmolzen war.“
Ihre Ergebnisse könnten auch Auswirkungen auf das Leben auf dem Mars haben, sagen die Autoren. Die untersuchte Region erlebte in ihrer jüngsten geologischen Vergangenheit Überschwemmungen mit flüssigem Wasser, obwohl die Ursache ein Rätsel geblieben ist. Die gleiche Hitze aus der Wolke, die die anhaltende vulkanische und seismische Aktivität antreibt, könnte auch Eis schmelzen, um die Fluten zu erzeugen – und chemische Reaktionen antreiben, die das Leben tief unter der Erde erhalten könnten.
„Mikroben auf der Erde gedeihen in Umgebungen wie dieser, und das könnte auch auf dem Mars zutreffen“, sagte Andrews-Hanna und fügte hinzu, dass die Entdeckung über die Erklärung der rätselhaften seismischen Aktivität und des Wiederauflebens der vulkanischen Aktivität hinausgeht. „Zu wissen, dass sich unter der Marsoberfläche eine aktive riesige Mantelwolke befindet, wirft wichtige Fragen darüber auf, wie sich der Planet im Laufe der Zeit entwickelt hat. Wir sind überzeugt, dass die Zukunft noch mehr Überraschungen bereithält.“
Mehr Informationen:
Adrien Broquet & JC Andrews-Hanna, Geophysikalische Beweise für eine aktive Mantelwolke unter Elysium Planitia auf dem Mars, Naturastronomie (2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01836-3. www.nature.com/articles/s41550-022-01836-3