火星の火山活動が火星の仮説を覆す

マントルプルームと呼ばれる火星の移動物質の塊が火星地震や火山活動を引き起こしている可能性がある

何十年もの間、惑星科学者たちは火星は死んだものと考えていました。

地質学的には、そうです。 地球よりも小さいこの惑星は、形成後、私たちの地球よりも早く冷えたでしょう。 一時期、火山活動が活発でした。 内部温度が徐々に低下すると、巨大な火山や「火星地震」などの大規模な地質活動を引き起こす惑星の能力も低下すると考えられていた。

しかし、新たな発見はその考えを裏切るものです。 たまたま、火星はほとんど死んでいるだけです。 科学者らは、最近の地質時代には火星の広い地域で地震や穏やかな火山活動が起きやすいことを発見し、地表の下で何かが進行していることを示唆している。 でも何？

惑星科学者のチームは、いくつかのロボットによる火星ミッションからのデータを調べた結果、惑星のマントル内を上向きに移動している巨大な高温物質の塔が下から地殻を押し、圧力を生み出し、表面に亀裂を生じさせているという驚くべき結論に達した。地殻活動。 マントルプルームと呼ばれるそれは、火星の内部にある比較的新しい特徴であり、地球上にも同様のものがある可能性があります。 それは火星の現存する生命、あるいはより正確には火星の内部に影響を及ぼす可能性さえある。 この研究は、2022 年 12 月に Nature Astronomy 誌に掲載されました。

火星はかつては火山活動の多い惑星でした。 地表には、オリンポス山と呼ばれる古墳が今も点在しています。 この怪物の直径は 600 キロメートルを超え、コロラド州の長さとほぼ同じで、その惑星の平均標高より 21 キロメートルも高くそびえ立っており、これはエベレスト山の約 2.5 倍の高さです。 火星の他の火山はこれより小さいとはいえ、依然として巨大であり、それらはすべて非常に古いものです。

火星の大規模な火山活動は、火星が誕生してから 10 億年も経たないうちに始まり、その後約 10 億年間活動しました。 その後、世界的に火山の建設はほぼ停止しました。 オリンポス山にはわずか数百万年前に遡るいくつかの溶岩流の証拠がありますが、これらは小規模な出来事であり、おそらく散発的でした。 30億年ほど前までに、火星に活発な火山が建設されていた時代は終わった。 比較のために、地球上の活火山のほとんどは誕生してから 100 万年未満です。

最近まで、科学者たちはこれが火星の火山活動の物語の終わりであると考えていました。 しかし、火星を周回する宇宙船は、最終章がまだ書かれていないことを示す高解像度の画像を撮影した。 ケルベロスフォセと呼ばれる領域では、表面に多数の亀裂（フォセとは溝または亀裂）があり、そのような特徴の 1 つは、それに沿って数十キロにわたって物質の黒い縞が走っています。 軌道からの測定により、この物質には火山溶岩によく見られる鉱物である輝石が含まれていることが示されています。 驚くべきことに、これらの流出はほんの数万年前に起こった可能性があります。 これは惑星時間では最近のことであり、地下で進行中の活動を示しています。

さらに、2018年にはNASAのインサイト着陸船がケルベロスフォッセから約1,600キロメートル離れた広大なエリジウム平原地域に着陸した。 火星の地表の下で何が起こっているかを測定するのを支援するという使命の一環として、インサイトは運用期間中に数百の小規模な地震を検出した地震計のほか、エネルギーが中程度から中レベルの地震もいくつか検出しました。 それらの圧倒的多数はケルベロスフォッセの方向から来たようです。 繰り返しますが、この活動は、火星のマントルがまだ完全には死んでいない可能性があることを示しています。

新しい自然天文学の研究では、科学者たちは火星のこの領域に焦点を当てています。 惑星の表面の多くには、惑星の表面が冷えるにつれて収縮するときに形成される、しわの隆起などの圧縮特徴が見られます。 対照的に、エリジウム平原は、拡張の証拠として見られる表面の隆起であり、局所領域が拡張するにつれて地殻が伸びることです。 ケルベロスフォッセを構成する亀裂は、この伸長により地殻が裂けた亀裂です。 科学者らはまた、数百万年前に形成された衝突クレーターの底が膨らみの中心から離れて傾いていることにも注目しており、これは表面が押し上げられる前にクレーターが形成されていた場合に予想されることである。 これらの発見を総合すると、隆起の原因となったものは比較的若いものであることがわかります。

この証拠はすべてマントルプルームと一致しています。 水が沸騰したり、飛行中の熱気球を見たことがある人なら、プルームの基本的な概念はよく知られているかもしれません。対流と呼ばれるプロセスで、冷たい物質が沈むと、熱い物質が上昇します。 惑星の核は熱く、その上のマントルはやや温度が低いため、マントルの底部で加熱された物質は上昇します。

ここでの変化球は、火星の (そして地球の) マントルの大部分が実際には固体であるということです。 それが液体であるという誤解です。 しかし、対流は固体中でも起こります。 マントルの大部分を構成するケイ酸塩物質は結晶質であり、結晶パターンに傷や切れ目がある場合があります。 地下深くの巨大な圧力の下では、転位クリープとして知られるプロセスで、下の物質からの原子がこれらの亀裂を埋めることができます。 このようにして、中心に近い高温の物質はゆっくりと上昇し、基本的には流れます。 これは非常に遅いプロセスです。 地球のマントルは平均して年間数センチメートル程度の速度で流れており、これは爪が伸びるのとほぼ同じ速度です。

マントルプルームがどのように形成されるのかは正確には明らかではありません。 コアの上のマントルの底部では、平均よりも高温のスポットがより強い対流の領域を形成し、物質がより拘束された柱内を流れます。 このプルームは、数千万年または数億年かけて地表に上昇します。 地殻に近づくと圧力が大幅に低下し、固体物質が液化する可能性があります。 それは広がり、地殻を押し上げるキノコのような傘を形成し、エリジウム平原で見られたような拡張機能を引き起こします。

このシナリオは、隆起、亀裂、火山噴火、地震など、ケルベロスフォッセのすべての異常を本質的に説明できるでしょう。 火星の重力場の測定では、ケルベロス窩の下では磁場がわずかに弱いことさえ示されており、これは低密度のマントルが地殻に向かって押し上げられていることと一致するであろう。 これらの発見は、隆起が地下の非常に深いところで支えられていることを示しています。

科学者らはコンピュータモデルを使って火星の地球物理学をシミュレートしたところ、周囲のマントルよりも摂氏95度から285度高く、密度がわずかに低いプルームが、窩のほぼ真下に集中していればうまく機能する可能性があることを発見した。 それは数千キロメートルにわたって広がったキャップを形成し、地殻を約1キロメートル押し上げ、再びケルベロスフォッセと一致します。 それはまた、新しい特徴でもある。ケルベロス・フォッセとその周辺の活動は、地球上の他のすべての大規模エンジンが実質的に停止してからずっと後、約3億5000万年前に始まったと思われる。

プルームモデルは観察されたデータと見事に一致していますが、他の説明が存在する可能性があることを科学者たちは認めています。 たとえば、マントル物質のやや低密度の塊がその領域の下にただ存在している可能性があり、それは重力の測定値を説明しますが、隆起やその他のことは説明できません。 文字通り、最も重要なアイデアはマントルプルームです。

仮説が正しいことが証明されれば、これは確かに重要なニュースです。 まず、科学者たちは、火星の内部について多くの結論を導き出す際、エリジウム平原は退屈な、火星の別の場所にすぎないと想定してきた。 それが高温の低密度物質の巨大なプルームのキャップの上にある場合、InSight の地震測定をどのように解釈すべきかが変わります。

そして、現時点では少々無理があるが、このプルームは生命に影響を及ぼす可能性がある。 科学者たちは長い間、火星の地表の下の水は氷の形をしていると考えてきたが、温かいマントルプルームが水のポケットを十分に加熱して液体にする可能性がある。 地球上の生命には液体の水が必要なので、火星の地表の下深くに生物学が存在する可能性を考えるのはそれほど愚かではないかもしれません。

その場合、地質学的にも、より一般的な生物学的な意味においても、火星は完全に死んだわけではない可能性があります。 私たちは赤い惑星の本当の性質を理解し始めたばかりですが、調べれば調べるほど、そこにはまだ少しの衝撃が残っていることがわかります。

これは意見および分析記事であり、著者によって表明された見解は必ずしも Scientific American の見解ではありません。

フィル・プレイトコロラド州のプロの天文学者であり科学コミュニケーターです。 彼は「Bad Astronomy Newsletter」を執筆しています。 Twitter @BadAstronomer で彼をフォローしてください クレジット: Nick Higgins

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