Рудные ресурсы на Марсе
Марс может содержать руды , которые будут очень полезны потенциальным колонистам . [1] [2] Обилие вулканических образований вместе с широко распространенными кратерами являются убедительным доказательством разнообразия руд. [3] Хотя на Марсе не может быть найдено ничего, что могло бы оправдать высокую стоимость транспортировки на Землю, чем больше руды будущие колонисты смогут получить с Марса, тем легче будет построить там колонии. [4]
Как создаются вклады
[ редактировать ]Рудные месторождения добываются с помощью большого количества тепла. На Марсе тепло может исходить от расплавленной породы, движущейся под землей, и от ударов кратеров. Жидкая порода под землей называется магмой . Когда магма находится в подземных камерах и медленно остывает в течение тысяч лет, более тяжелые элементы тонут. Эти элементы, в том числе медь , хром , железо и никель, концентрируются внизу. [5] Когда магма горячая, многие элементы могут свободно перемещаться. По мере охлаждения элементы связываются друг с другом, образуя химические соединения или минералы . Поскольку некоторые элементы нелегко связываются с образованием минералов, они существуют свободно после того, как почти все другие элементы соединились в соединения или минералы. Остальные элементы называются несовместимыми элементами. [6] Некоторые из них весьма полезны для человека. Некоторые примеры включают ниобий , металл, используемый в производстве сверхпроводников и специальных сталей , лантан и неодим , а также европий для телевизионных мониторов и энергоэффективных светодиодных лампочек. [7] После того, как масса магмы остыла и по большей части замерзла или кристаллизовалась в твердое состояние, остается небольшое количество жидкой породы. Эта жидкость содержит важные вещества, такие как свинец , серебро , олово , висмут и сурьма . [8] Иногда минералы в магматическом очаге настолько горячие, что переходят в газообразное состояние. Другие смешиваются с водой и серой в водных растворах. Газы и богатые минералами растворы в конечном итоге проникают в трещины и становятся полезными минеральными жилами . Рудные минералы, включая несовместимые элементы, остаются растворенными в горячем растворе, а затем кристаллизуются при охлаждении раствора. [9] Месторождения, созданные с помощью этих горячих растворов, называются гидротермальными месторождениями. некоторые из наиболее значительных в мире месторождений золота , серебра, свинца, ртути , цинка и вольфрама . Именно так возникли [10] [11] [12] Почти все шахты на севере Блэк-Хиллз в Южной Дакоте возникли из-за месторождений полезных ископаемых с горячей водой. [13] Трещины часто образуются, когда масса магмы остывает, потому что магма сжимается и затвердевает при охлаждении. Трещины возникают как в замороженной магматической массе, так и в окружающих породах, поэтому руда откладывается в любой породе, оказавшейся поблизости, но рудные минералы сначала должны были сконцентрироваться посредством расплавленной массы магмы. [14]
Исследования, проведенные в Университете штата Луизиана, обнаружили различные типы вулканических материалов вокруг вулканов Элизиума Монс . Это показало, что на Марсе может происходить эволюция магмы. Это ведет к возможности найти на Марсе полезные минералы для будущего человечества». [15] [16]
Расплавленная порода на Марсе
[ редактировать ]Наличие множества огромных вулканов на Марсе показывает, что в прошлом на больших территориях было очень жарко. Гора Олимп — крупнейший вулкан Солнечной системы; Церауниус Толус , один из меньших вулканов, достигает высоты земной горы Эверест .
В регионе Олимп-Монс показаны несколько крупных вулканов.
Нижний вулкан — Церауниус Толус , а верхний — Ураниус Толус, как видно с Mars Global Surveyor камеры Mars Orbiter. Церауниус Толус примерно такой же высоты, как земная гора Эверест .
Поток лавы, глазами THEMIS . Обратите внимание на форму краев.
Существуют убедительные доказательства существования гораздо более распространенных источников тепла в виде даек , которые указывают на то, что магма перемещалась под землей. Дайки принимают форму стен и прорезают пласты горных пород. [17] В некоторых случаях дамбы на Марсе обнажаются в результате эрозии .
Возможная дамба в четырехугольнике Большой Сиртис , вид HiRISE в рамках программы HiWish.
Дамбы в Аравии, глазами HiRISE, в рамках программы HiWish . Эти прямые черты могут указать, где будущие колонисты могут найти ценные месторождения руды. Масштабная планка составляет 500 метров.
Возможная дамба в четырехугольнике Таумасия , вид HiRISE в рамках программы HiWish. Дайки могли содержать ценные полезные ископаемые.
Возможные дамбы в четырехугольнике Oxia Palus , вид HiRISE в рамках программы HiWish.
Возможная дамба, вид на HiRISE в рамках программы HiWish. Изображение расположено в четырехугольнике Япигии .
Прямые хребты могут быть дайками , по которым когда-то текла жидкая порода. На изображении изображена долина Хо Син в Большом Сиртисе, видимая ТЕМИС.
Дайка возле кратера Гюйгенс выглядит как узкая темная линия, идущая от верхнего левого угла к нижнему правому, как видно с помощью THEMIS.
Дайки глазами HiRISE в рамках программы HiWish. Изображение в районе Нилосиртиса, в четырехугольнике Касиуса .
Дайки возле Спэниш-Пикс, Колорадо. Подобные дайки часто встречаются на Марсе.
На больших площадях Марса есть впадины, называемые фоссами, которые классифицируют как грабены геологи . Они простираются на тысячи миль от вулканов. [18] Считается, что дайки способствовали образованию грабенов. [19] [20] [21] Под многими, а может быть, и большинством грабенов находились дамбы. На Марсе можно было бы ожидать появления даек и других вулканических вторжений, поскольку геологи полагают, что количество жидкой породы, которая переместилась под землю, больше, чем то, что мы видим на поверхности в виде вулканов и потоков лавы. [22]
На Земле обширные вулканические ландшафты называются большими магматическими провинциями (ЛИП); такие места являются источниками никеля, меди, титана , железа, платины, палладия и хрома . [4] [23] Регион Марса Тарсис , в котором находится группа гигантских вулканов, считается LIP.
Грабен в ямках Мемнонии, снимок HiRISE. Считается, что этот грабен является результатом магматических даек, а не регионального тектонического растяжения (шкала 1,0 км).
в Ямки Цербера четырехугольнике Элизиума , вид HiRISE.
Тепло от ударов
[ редактировать ]
Помимо тепла, выделяемого расплавленной породой, на Марсе выделяется много тепла, когда астероиды ударяются о его поверхность, образуя гигантские кратеры . Для охлаждения территории вокруг крупного удара могут потребоваться сотни тысяч лет. [4]
За это время лед в земле растает, нагреется, растворит минералы, а затем отложит их в трещинах или разломах, образовавшихся в результате удара. Исследования на Земле документально подтвердили, что образуются трещины и что трещины заполняются жилами вторичных минералов. [24] [25] [26] [27] На изображениях со спутников, вращающихся вокруг Марса, обнаружены трещины возле ударных кратеров. [28] марсоходом «Оппортьюнити» были обнаружены области водных и слаботермических изменений На краю кратера Индевор . [29] Они встречаются вблизи трещин и трещин, которые обеспечивают глубокую циркуляцию жидкости, вызывающую химические и термические изменения горных пород. Итак, территория вокруг марсианских кратеров может содержать разнообразные минералы, образовавшиеся в результате косвенного удара. [30]
Тепло от ударов возникает в результате нескольких процессов. Сразу после удара происходит отскок от пола, в результате чего более горячие камни поднимаются на поверхность. Однако большая часть тепла исходит от кинетической энергии, выделяющейся во время удара. Это огромное тепло создает несколько полезных продуктов, которые могут начать образовываться рано, а затем продолжаться в течение некоторого времени. Их называют «эпигенетическими отложениями». Циркуляция горячих богатых минералами флюидов в трещинах от удара вызывает гидротермализм. Cu-Ni Важными примерами являются сульфиды в магматическом комплексе Садбери в Канаде . В течение ряда лет стоимость этих руд из района Садбери составляла 2 миллиарда долларов в год. Формация Садбери снабдила нас рудами цинка , меди , золота и свинца . [25] [31]
Убедительные доказательства гидротермализма были представлены группой исследователей, изучающих кратер Ауки . В этом кратере есть гребни, которые могли образоваться после трещин, образовавшихся в результате удара. Используя инструменты на марсианском разведывательном орбитальном аппарате, они обнаружили минералы смектит , кремнезем , цеолит , серпентин , карбонат и хлорит, которые распространены в гидротермальных системах Земли, вызванных ударом. [32] [33] [34] [35] [36] [37] Есть и другие свидетельства существования гидротермальных систем после удара на Марсе, полученные от других ученых, изучавших другие марсианские кратеры. [38] [39] [40]
Широкий вид на кратер Ауки, вид CTX
Крупный план центральной части кратера Ауки, как видно с помощью HiRISE Arrow, указывает на хребты. Песчаные дюны находятся в верхней части изображения.
Увеличенный вид гребней из предыдущего изображения HiRISE. Стрелка указывает на Х-образный гребень.
Крупный план центральной части кратера Ауки, на котором показаны хребты со стрелками. Изображение представляет собой увеличенное изображение предыдущего изображения HiRISE.
Поверхность Марса содержит множество свидетельств более влажного климата в прошлом, а также льда, замерзшего в земле сегодня; поэтому вполне возможно, что гидротермальные системы могли возникнуть за счет ударного тепла. НАСА Марсианская Одиссея фактически измерила распределение льда с орбиты с помощью гамма-спектрометра . [41] Таким образом, в прошлом большое количество воды могло циркулировать в трещинах и откладывать новые минералы. Этот процесс, называемый гидротермальным изменением, был обнаружен в метеорите с Марса. В исследовании, опубликованном в феврале 2011 года, подробно описано открытие глинистых минералов, серпентина и карбоната в жилах марсианского метеорита Нахлит . [42] [43] Посадочный модуль «Феникс» , взрыв ракетного двигателя которого фактически обнажил слой льда, наблюдал, как лед тает (лед исчез в результате сублимации). [44] [45]
Поскольку 30% из примерно 180 ударных кратеров на Земле содержат минералы или нефть и газ, кажется, что кратеры способствуют разработке природных ресурсов. [46] Некоторые из руд, образовавшихся в результате воздействия на Землю, включают руды железа , урана , золота , меди и никеля . По оценкам, стоимость материалов, добытых из ударных структур, составляет 5 миллиардов долларов в год только для Северной Америки. [25]
Топография бассейна Эллады. Это один из ударов, для охлаждения которого потребовались бы многие тысячи лет. Пока эта территория охлаждалась, могло отложиться множество полезных ископаемых.
Топография бассейна Аргир, главная особенность четырехугольника Аргир. Для охлаждения этого большого ударного кратера также потребовалось бы много тысяч лет.
Прямые доказательства полезных материалов
[ редактировать ]
В течение некоторого времени научное сообщество признавало, что группа метеоритов прибыла с Марса. Таким образом, они представляют собой реальные образцы планеты и были проанализированы на Земле с помощью лучшего доступного оборудования. В этих метеоритах, называемых SNC , было обнаружено множество важных элементов. В них относительно распространены магний , алюминий , титан , железо и хром. Кроме того, литий , кобальт , никель, медь, цинк, ниобий, молибден в следовых количествах обнаружены , лантан, европий, вольфрам и золото. Вполне возможно, что в некоторых местах эти материалы могут быть достаточно сконцентрированы, чтобы их можно было экономично добывать. [47]
Марсоходы «Викинг I» , «Викинг II» , «Патфайндер» , «Оппортьюнити Ровер» и «Спирит Ровер» обнаружили алюминий, железо, магний и титан. в марсианском грунте [48] Opportunity обнаружил небольшие структуры, названные «черникой», которые, как выяснилось, богаты гематитом , основной железной рудой. [49] Эту чернику можно было легко собрать и превратить в металлическое железо, которое можно было использовать для производства стали.
Кроме того, марсоходы Spirit и Opportunity обнаружили никель-железные метеориты . на поверхности Марса [50] [51] Их также можно использовать для производства стали . [52]
В декабре 2011 года марсоход Opportunity обнаружил торчащую жилу гипса из почвы . Тесты подтвердили, что он содержит кальций, серу и воду. Минерал гипс лучше всего соответствует данным. Вероятно, он образовался из богатой минералами воды, проходящей через трещину в скале. Жила, названная «Хоумстейк», находится на равнине Меридиана Марса. Хоумстейк находится в зоне, где богатая сульфатами осадочная порода равнин встречается с более древней вулканической породой, обнаженной на краю кратера Индевор . [53]
Скала Теплового Щита была первым метеоритом, когда-либо обнаруженным на другой планете. Это 93% железа.
Посадочный модуль «Викинг» сделал снимок поверхности Марса и проанализировал почву.
Темные песчаные дюны распространены на поверхности Марса. Их темный тон обусловлен вулканической породой, называемой базальтом. Считается, что базальтовые дюны содержат минералы хромит , магнетит и ильменит . [54] Поскольку ветер собрал их вместе, их даже не надо добывать, а просто вычерпывать. [55] Эти минералы могли бы снабжать будущих колонистов хромом, железом и титаном.
Темные дюны (вероятно, базальтовые ), образующие темное пятно в четырехугольнике Ноахиса . Фотография с сайта Mars Global Surveyor.
Широкий вид на дюны в Ноахисе, вид HiRISE.
Дюны на предыдущем изображении крупным планом, снятые HiRISE. Обратите внимание, что песок едва покрывает некоторые валуны.
Будущее обнаружение руд на Марсе
[ редактировать ]Теоретически на Марсе существуют рудные ресурсы. [55] Более того, чувствительное оборудование может предсказать, где их искать, например, вокруг кратеров и вблизи вулканических регионов. По мере сбора большего количества изображений будет собрано больше информации, которая поможет лучше нанести на карту расположение более мелких структур, таких как дайки, которые указывают на интрузивную (под поверхностью) магматическую активность. Позже летающие беспилотные летательные аппараты с гравитационными и магнитоизмерительными приборами смогут определять точные местоположения месторождений полезных ископаемых.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Корделл, Б. 1984. Предварительная оценка потенциала природных ресурсов Марса. Дело в пользу Марса II.
- ^ Кларк, Б. 1984. Химия марсианской поверхности: ресурсы для пилотируемого исследования Марса, в «Дело о Марсе». П. Бостон, изд. Американское астронавтическое общество. Univelt Inc. Сан-Диего, Калифорния
- ^ Уэст, М., Дж. Кларк. 2010. Потенциальные марсианские минеральные ресурсы: механизмы и земные аналоги. Планетарная и космическая наука 58, 574–582. ИсследованияГейт
- ^ Jump up to: а б с Ларри О'Хэнлон (22 февраля 2010 г.). «Добыча Марса? Где руда?» . Новости Дискавери .
- ^ Намовиткс, С. и Д. Стоун. 1975. Наука о Земле: мир, в котором мы живем. Американская книжная компания. Нью-Йорк, Нью-Йорк.
- ^ «Магматическая геохимия» (PDF) . home.wlu.edu . Архивировано из оригинала (PDF) 11 июня 2016 г.
- ^ Сюй, Джереми (14 июня 2010 г.). «Что такое редкоземельные элементы?» . Живая наука.
- ^ Соррелл, К. 1973. Камни и минералы. Золотая Пресса. Нью-Йорк, Нью-Йорк.
- ^ Паттерсон, Меган Элизабет (2003). «Гидротермальные изменения и образование металлических руд в Сьерра-Неваде» . sierra.sitehost.iu.edu . Проверено 2 августа 2021 г.
- ^ «Калифорнийские золотые кварцевые жилы» . Драгоценные камни глубинки Невады.
- ^ Лайминь, Чжу (1998). «Исследование связи между ультраосновными дайками и месторождениями мелковкрапленного золота на юго-западе провинции Гуйчжоу на примере крупного месторождения золота Цзымуданг». Китайский журнал геохимии . 17 (4): 362–371. дои : 10.1007/bf02837988 . S2CID 130661251 .
- ^ «Miranda Gold Corp. — Домашняя страница — пятница, 28 сентября 2018 г.» . www.mirandagold.com .
- ^ Грис, Джон Пол (1996). Придорожная геология Южной Дакоты . ISBN 0-87842-338-9 .
- ^ Пиражно, Ф. 2004. Металлогения в орогене Козерога, Западная Австралия, результат многочисленных процессов рудообразования. Докембрийские исследования: 128. 411-439.
- ^ Дэвид Суско, Сунити Карунатиллаке, Гаянта Кодикара, Джей Ар Скок, Джеймс Рэй, Дженнифер Хелдманн, Агнес Казин, Тейлор Джудис. «Записи магматической эволюции в Элизиуме, крупной марсианской вулканической провинции. Scientific Reports , 2017; 7: 43177». дои : 10.1038/srep43177
- ^ «Марс больше похож на Землю, чем на Луну: новые исследования Марса показывают доказательства наличия сложной мантии под вулканической провинцией Элизиум» . ScienceDaily . 24 февраля 2017 г. Проверено 31 июля 2021 г.
- ^ «Характеристики и происхождение гигантских роев радиационных даек» . MantlePlumes.org.
- ^ Хэд, Дж. и др. 2006. Гигантская система даек Гюйгенса-Эллады на Марсе: последствия для вулканического обновления поверхности позднего Ноаха-раннего геспера и эволюции климата. Геология: 34. 285-288.
- ^ Гуди, К. и Р. Шульц. 2005. Вторжения даек под грабены к югу от горы Арсия, Марс. Письма о геофизических исследованиях: 32. L05201.
- ^ Меге, Д. и др. 2003. Вулканический рифтинг марсианских грабенов. Журнал геофизических исследований: 108.
- ^ Уилсон, Л. и Дж. Хед. 2002. Тарсис-радиальные грабеновые системы как поверхностное проявление дайковых интрузионных комплексов, связанных с плюмами: модели и последствия. Журнал геофизических исследований: 107.
- ^ Крисп, Дж. 1984. Темпы внедрения магмы и вулканической активности. Дж. Вулкан. Геотерм. Рез: 20. 177-211.
- ^ Эрнст, Р. 2007. Крупные магматические провинции Канады во времени и их металлогенический потенциал. Месторождения полезных ископаемых Канады: синтез основных типов месторождений, районная металлогения, эволюция геологических провинций и методы разведки: Геологическая ассоциация Канады, Отдел полезных ископаемых, специальная публикация № 5. 929-937.
- ^ Грив, Ричард; Масайтис, В.Л. (1994). «Экономический потенциал земных кратеров» . Международное геологическое обозрение . 36 (2): 105–151. Бибкод : 1994ИГРв...36..105Г . дои : 10.1080/00206819409465452 .
- ^ Jump up to: а б с Грив Р., Масайтис В. 1994. Экономический потенциал земных кратеров. Международное геологическое обозрение: 36, 105–151.
- ^ Осински, Дж., Дж. Спрей и П. Ли. 2001. Вызванная ударом гидротермальная активность в ударной структуре Хотон, Арктическая Канада: образование временного, теплого и влажного оазиса. Метеоритика и планетология: 36. 731-745.
- ^ Пирайно, Ф. 2000. Рудные месторождения и мантийные плюмы. Академическое издательство Клювер. Дордрехт, Нидерланды
- ^ Хэд, Дж. и Дж. Мастард. 2006. Дайки Брекчии и разломы, связанные с кратерами, в ударных кратерах на Марсе: эрозия и обнажение дна кратера диаметром 75 км на границе Дихотомии. Специальный выпуск о роли летучих веществ и атмосфер в марсианских ударных кратерах Метеоритика и планетология
- ^ Арвидсон, Р. и др. 2015. Недавние результаты исследования марсоходом Opportunity кратера Индевор на Марсе. 46-я конференция по науке о Луне и планетах. 1118.pdf
- ^ Крамплер, Л., Р. Арвидсон, В. Фарранд, М. Голомбек, Дж. Грант, Д. Минг, Д. Миттлфельдт, Т. Паркер. 2015. Возможности геологического контекста изменений водной среды в пределах края кратера Индевор. 46-я конференция по науке о Луне и планетах. 2209.pdf
- ^ Грив Р., А. Террио. 2000 Вредефорт, Садбери, Чиксулуб: тройка одинаковых? Ежегодный обзор наук о Земле и планетах 28: 305-338 Грив
- ^ Карроццо, Ф. и др. 2017. Геология и минералогия кратера Ауки, Тиррена Терра, Марс: возможная гидротермальная система, возникшая после удара. 281:228-239
- ^ Луазо, Д. и др. 2012. Характеристика обнажений, содержащих гидратированный силикат, в Тирренской Терре, Марс: значение для истории изменений Марса. Икар: 219, 476–497.
- ^ Наумов, М. 2005. Основные особенности гидротермальных циркуляционных систем, возникших в результате воздействия: минералогические и геохимические данные. Геофлюиды: 5, 165-184.
- ^ Эльманн, Б. и др. 2011. Доказательства слабого метаморфизма, гидротермальных изменений и диагенеза на Марсе из слоистых минеральных комплексов. Глиняный шахтер: 59, 359–377.
- ^ Осинский, Г. и др. 2013. Образовавшиеся в результате воздействия гидротермальные системы на Земле и Марсе. Икар: 224, 347–363.
- ^ Швенцер, С., Д. Кринг. 2013. Изменение минералов в гидротермальных системах, образовавшихся в результате воздействия – Исследование изменчивости вмещающих пород. Икар: 226, 487–496.
- ^ Марзо, Г. и др. 2010. Доказательства гидротермализма на Марсе, вызванного гесперианским ударом. Икар: 667-683.
- ^ Мангольд, Н. и др. 2012. Гидротермальные изменения в ударном кратере позднего Геспера на Марсе. 43-я конференция по лунной и планетарной науке. №1209.
- ^ Торнабене, Л. и др. 2009. Параавтохтонные мегабрекчии и возможные доказательства гидротермальных изменений, вызванных ударом, в кратере Холден, Марс. 40-й ЛПСК. №1766.
- ^ «Одиссея» обнаружила большое количество водяного льда под поверхностью Марса . НАСА. 28 мая 2002 г.
- ^ «Редкие метеориты показывают, что столкновение Марса вызвало поток воды» . www.spaceref.com . 2 февраля 2011 г.
- ^ HG Changela и JC Bridges. Комплексы изменений в нахлитах: изменение глубины на Марсе. Метеоритика и планетология, 2011 45(12):1847-1867. дои : 10.1111/j.1945-5100.2010.01123.x
- ^ Рэйл, AJS (21 июня 2008 г.). « Учёные Феникса подтверждают наличие водяного льда на Марсе» . Планетарное общество . Планетарное общество . Архивировано из оригинала 27 июня 2008 года . Проверено 23 июня 2008 г.
- ^ «НАСА - Марсоход НАСА «Феникс» подтверждает наличие замерзшей воды» . www.nasa.gov .
- ^ «Обнаружен самый старый известный ударный кратер» . www.spaceref.com . 29 июня 2012 г.
- ^ Хью Х. Киффер (1992). Марс . Издательство Университета Аризоны. ISBN 978-0-8165-1257-7 . Проверено 7 марта 2011 г.
- ^ Фэйрен, А. и др. 2009. Природа: 459. 401-404.
- ^ Сквайрс и др. 2004. Научное исследование Афины марсоходом Opportunity на Плануме Меридиани. Наука: 306. 1598-1703.
- ^ Родионов Д. и др. 2005. Железо-никелевый метеорит на Плануме Меридиани: наблюдения с помощью мессбауэровского спектрометра MER Opportunity, Европейский союз геонаук по геофизическим исследованиям. Тезисы: 7. 10242.
- ^ Йен, А. и др. Никель на Марсе: ограничения на метеоритный материал на поверхности. Журнал геофизических исследований-Планеты: 111. E12S11.
- ^ Лэндис, Г. 2009. Метеоритная сталь как строительный ресурс на Марсе. Acta Astronautica: 64. 183-187.
- ^ «НАСА-
Марсоход НАСА обнаружил минеральную жилу, отложенную водой
" . www.nasa.gov .
- ^ Ружичка, Г. и др. 2001. Сравнительная геохимия базальтов Луны, Земли, астероида HED и Марса: значение для происхождения Луны. Geochimica et Cosmochimica ACTA: 65. 979-997.
- ^ Jump up to: а б Уэст, М. и Дж. Кларк. 2010. Потенциальные марсианские минеральные ресурсы: механизмы и земные аналоги. Планетарная и космическая наука: 58. 574-582. ИсследованияГейт
