Idag är det väl förstått att Mars är en kall, torr och geologiskt död planet. Men för miljarder år sedan, när den fortfarande var ung, skröt planeten med en tätare atmosfär och hade flytande vatten på ytan. För miljontals år sedan upplevde den också en betydande mängd vulkanisk aktivitet, vilket resulterade i bildandet av dess massiva funktioner - som Olympus Mons, den största vulkan i solsystemet.
Fram tills nyligen har forskare förstått att den vulkaniska aktiviteten i Mars har drivits av andra källor än tektoniska rörelser, som planeten har varit saknad för i miljarder år. Men efter att ha genomfört en studie av Martian rock-prover drog emellertid ett team av forskare från Storbritannien och Förenta staterna ut att Mars för eons sedan var mer vulkaniskt aktivt än tidigare trott.
Deras studie, med titeln "Ta pulsen på Mars via datering av en plommonmatad vulkan", dykte nyligen upp i den vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation. Ledd av Benjamin Cohen, en forskare vid Scottish Universities Environmental Research Center (SUERC) och School of Geographical and Earth Sciences vid University of Glasgow, genomförde teamet en analys av Mars's vulkaniska förflutna med hjälp av prover från Martian meteoriter.
På jorden förekommer majoriteten av vulkanismen som ett resultat av plattaktonik, som drivs av konvektion i jordens mantel. Men på Mars är majoriteten av vulkanaktiviteten resultatet av mantelplummar, som är mycket lokaliserade uppbyggnader av magma som stiger upp djupt i manteln. Detta beror på att Mars 'yta har förblivit statisk och sval de senaste miljarder åren.
På grund av detta växer Martian vulkaner (även om de liknar i morofologi att skydda vulkaner på jorden) till mycket större storlekar än de på jorden. Olympus Mons är till exempel inte bara den största sköldvulkanen på Mars, utan den största i solsystemet. Medan det högsta berget på jorden - Mt. Everest - är 8 848 m (29 029 ft) i höjd, Olympus Mons är cirka 22 km (13,6 mi eller 72 000 ft) hög.
För deras studie använde Dr. Cohen och hans kollegor radioskopiska dateringstekniker, som vanligtvis används för att bestämma ålder och utbrott av vulkaner på jorden. Sådana tekniker har dock inte tidigare använts för sköldvulkaner på Mars. Som ett resultat var teamets studie av Martian meteoritprover den första detaljerade analysen av tillväxthastigheter i Martian vulkaner.
De sex prover som de undersökt är kända som nakhlites, en klass av Martian-meteorit som bildades av basaltisk magma för ungefär 1,3 miljarder år sedan. Dessa kom till jorden för ungefär 11 miljoner år sedan, efter att de blivit sprängda från ansiktet på Mars av en slaghändelse. Genom att göra en analys av Martiska meteoriter kunde teamet avslöja cirka 90 miljoner år av ny information om Mars: s vulkaniska förflutna.
Som Dr. Cohen förklarade i ett University of Glasgow pressmeddelande:
"Vi vet från tidigare studier att nakhlite-meteoriterna är vulkaniska bergarter, och utvecklingen av ålderdateringsmetoder under de senaste åren gjorde att nakhliterna var perfekta kandidater för att hjälpa oss att lära oss mer om vulkaner på Mars."
Det första steget var att visa att stenproverna verkligen var Martian-ursprung, vilket teamet bekräftade genom att mäta deras exponering för kosmogen strålning. Från detta bestämde de sig att klipporna förvisades från den Martiska ytan för 11 miljoner år sedan, troligen som ett resultat av en slaghändelse på den Martiska ytan. De använde sedan en radioskopisk teknik med hög precision, så kallad 40Ar /39Ar dejting.
Detta bestod av att använda en ädelgasmasspektromomer för att mäta mängden argon som byggdes upp i proverna, vilket är resultatet av det naturliga radioaktiva förfallet av kalium. Från detta kunde de få 90 miljoner år av ny information om Marsytan. Resultaten av deras analys indikerade att det finns betydande skillnader i vulkanhistoria mellan Jorden och Mars. Som Dr. Cohen förklarade:
”Vi fann att nakhliterna bildades av minst fyra utbrott under 90 miljoner år. Detta är en mycket lång tid för en vulkan, och mycket längre än de landliga vulkanerna, som vanligtvis bara är aktiva i några miljoner år. Och detta repas bara på ytan på vulkanen, eftersom bara en mycket liten mängd berg skulle ha kastats ut av slagkratern - så vulkan måste ha varit aktiv mycket längre. ”
Dessutom kunde teamet också begränsa vilka vulkaner deras stenprov kom från. Tidigare studier genomförda av NASA avslöjade flera kandidater för den möjliga nakhlite-källkrateren. Men bara en av platserna matchade deras resultat i termer av åldern på vulkanutbrotten och påverkan som skulle ha kastat ut proverna i rymden.
Denna speciella krater (som för närvarande inte är namngiven) ligger i de vulkaniska slätterna kända som Elysium Planitia, ungefär 900 km (560 mi) bort från toppen av vulkanen Elysium Mons - som ligger 12,6 km (7,8 mi) hög. Det ligger också cirka 2000 km norr om där NASA Curiosity rover för närvarande är. Som Cohen förklarade har NASA några underbart detaljerade satellitbilder av just denna krater.
"Den är 6,5 km bred och har bevarat utskott av skräp," sade han. ”Och vi kunde se flera horisontella band på kraterväggarna - vilket indikerar att klipporna bildar lager, med varje lager tolkat som ett separat lavaflöde. Denna studie har kunnat ge en tydligare bild av nakhlite-meteoriternas historia och i sin tur de största vulkanerna i solsystemet. ”
I framtiden kommer exempelvis återvändande och besättningsuppdrag till Mars att rensa upp denna bild ännu mer. Med tanke på att Mars, liksom Jorden, är en markplanet, kommer att veta allt vi kan om dess geologiska historia i slutändan förbättra vår förståelse för hur solsystemets steniga planeter bildades. Kort sagt, ju mer vi vet om Mars: s vulkanhistoria, desto mer kommer vi att kunna lära oss om solsystemets bildning och utveckling.
