Тектоника Марса

Топографическая карта Марса, на которой граница высокогорья и низменности отмечена желтым цветом, а возвышение Тарсис обведено красным ( USGS , 2014).

Считается, что , как и на Земле , свойства земной коры и структура поверхности Марса изменились с течением времени; другими словами, как и на Земле, тектонические процессы планету сформировали планеты . Однако как то, как произошло это изменение, так и свойства литосферы сильно отличаются от земной. Сегодня считается, что Марс в значительной степени тектонически неактивен. Однако данные наблюдений и их интерпретация позволяют предположить, что в геологической истории Марса дело обстояло иначе.

В масштабах всей планеты две крупномасштабные физико-географические на поверхности видны особенности. Во-первых, северное полушарие планеты находится намного ниже южного и было обнаружено совсем недавно, что также означает, что толщина земной коры под поверхностью явно бимодальна. Эта особенность называется « дихотомией полушарий ». Второй — это возвышение Тарсис , массивная вулканическая провинция, которая в прошлом Марса оказала серьезное тектоническое влияние как в региональном, так и в глобальном масштабе. На этом основании поверхность Марса часто делят на три основные физико-географические провинции , каждая из которых имеет разные геологические и тектонические характеристики: северные равнины, южные нагорья и плато Тарсис. Многие тектонические исследования Марса направлены на объяснение процессов, которые привели к разделению планеты на эти три провинции, и как возникли их различные характеристики. Гипотезы, предложенные для объяснения того, как могли произойти два основных тектонических события, обычно делятся на эндогенные (возникающие на самой планете) и экзогенные (чужеродные для планеты, например, воздействие метеорита) процессы. Это различие наблюдается на протяжении всего изучения тектоники Марса.

земного типа . тектоника плит В целом, на Марсе нет однозначных доказательств того, что его поверхность сформировала Однако в некоторых местах с помощью орбитальных спутников были обнаружены магнитные аномалии в марсианской коре, имеющие линейную форму и чередующуюся полярность. Некоторые авторы утверждают, что они имеют общее происхождение с аналогичными полосами, обнаруженными на морском дне Земли , что объясняется постепенным образованием новой коры на распространяющихся срединно-океанических хребтах . ) можно идентифицировать крупномасштабные сдвиговых зоны Другие авторы утверждали, что на поверхности Марса (например, во впадине Валлес Маринерис разломов , которые можно сравнить с трансформирующими разломами, ограничивающими плиты , на Земле, такими как Сан-Андреас и Мертвый. Морские разломы. Эти наблюдения дают некоторое указание на то, что по крайней мере некоторые части Марса могли подвергнуться тектонике плит глубоко в его геологическом прошлом.

Физиографические провинции

Южное нагорье

Южное нагорье покрыто кратерами и отделено от северных равнин границей глобальной дихотомии. Сильные магнитные полосы с переменной полярностью проходят примерно на восток-запад в южном полушарии, концентрично южному полюсу. Эти магнитные аномалии обнаружены в горных породах, датируемых первыми 500 миллионами лет истории Марса, что указывает на то, что собственное магнитное поле прекратило свое существование еще до раннего Ноаха . Магнитные аномалии на Марсе имеют ширину 200 км, что примерно в десять раз шире, чем на Земле.

Северные равнины

Северные равнины находятся на несколько километров ниже по высоте, чем южные высокогорья, и имеют гораздо меньшую плотность кратеров, что указывает на более молодой возраст поверхности. Однако считается, что подстилающая кора того же возраста, что и кора южного нагорья. В отличие от южного высокогорья, магнитные аномалии на северных равнинах редки и слабы.

Плато Тарсис

Геологическая карта региона плато Тарсис. Особенности растяжения и сжатия – например, грабены и морщинистые хребты – были нанесены на карту и видны на изображении. ( Геологическая служба США , 2014).

Плато Тарсис , расположенное на границе высокогорья и низменности, представляет собой возвышенный регион, занимающий примерно четверть планеты. На вершине Тарсиса расположены крупнейшие щитовые вулканы, известные в Солнечной системе. Гора Олимп имеет высоту 24 км и диаметр почти 600 км. Соседняя Фарсида Монтес состоит из Аскрея , Павониса и Арсии . Гора Альба , расположенная на северной оконечности плато Тарсис, имеет диаметр 1500 км и возвышается на 6 км над окружающими равнинами. Для сравнения, Мауна-Лоа имеет ширину всего 120 км, но находится на высоте 9 км над морским дном.

Груз Тарсиса имел как региональное, так и глобальное влияние. Особенности растяжения, исходящие от Фарсиса, включают грабены шириной в несколько километров и глубиной в сотни метров, а также огромные впадины и разломы шириной до 600 км и глубиной в несколько километров. Эти грабены и рифты ограничены крутопадающими сбросами и могут простираться на расстояния до 4000 км. Их рельеф указывает на то, что они допускают небольшую протяженность, порядка 100 м или меньше. Утверждалось, что эти грабены являются поверхностным выражением дефлированных подземных даек .

По окружности Фарсиса расположены так называемые морщинистые гребни . Это структуры сжатия, состоящие из линейных асимметричных хребтов, ширина которых может достигать десятков километров, а длина - сотни километров. Многие аспекты этих хребтов, по-видимому, соответствуют земным особенностям сжатия, которые включают в себя складчатость поверхности, перекрывающую слепые надвиги на глубине. Считается, что морщинистые гребни способны компенсировать небольшие укорочения, порядка 100 мкм или меньше. На Марсе также были обнаружены более крупные хребты и уступы. Эти образования могут иметь высоту в несколько километров (в отличие от сотен метров в высоту для складчатых хребтов) и, как полагают, представляют собой крупные надвиговые разломы литосферного масштаба. Коэффициент смещения для них в десять раз больше, чем для морщинистых хребтов, при этом сокращение оценивается в сотни метров или километров.

Примерно половина особенностей растяжения на Марсе сформировалась во время Ноахского периода и с тех пор изменилась очень мало, что указывает на то, что тектоническая активность достигла пика на раннем этапе и со временем снизилась. Считается, что формирование морщинистых хребтов как вокруг Фарсиса, так и в восточном полушарии достигло своего пика в гесперианском периоде , вероятно, из-за глобального сжатия, вызванного охлаждением планеты.

Дихотомия полушарий

Основная статья: Марсианская дихотомия

Гипсометрия

Гистограмма зависимости толщины коры от площади на Марсе, адаптированная из Neumann et al., 2004. Дихотомия полушарий ясна по двум пикам данных.

Данные гравитации и топографии показывают, что толщина коры Марса разделена на два основных пика с модальной толщиной 32 км и 58 км в северном и южном полушариях соответственно. В региональном отношении самая мощная кора связана с плато Тарсис, где мощность коры на некоторых участках превышает 80 км, а самая тонкая кора — с импактными бассейнами. В совокупности основные ударные бассейны образуют небольшой пик гистограммы от 5 до 20 км.

Происхождение дихотомии полушарий, отделяющей северные равнины от южных нагорий, является предметом многочисленных споров. Важные наблюдения, которые следует учитывать при рассмотрении его происхождения, включают следующее: (1) северные равнины и южные нагорья имеют различную толщину, (2) кора, подстилающая северные равнины, по существу того же возраста, что и кора южных нагорий, и 3) северные равнины, в отличие от южных высокогорий, содержат редкие и слабые магнитные аномалии. Как будет сказано ниже, гипотезы формирования дихотомии во многом можно разделить на эндогенные и экзогенные процессы.

Эндогенное происхождение

Возможное объяснение северной низменности тектоническими плитами. Бореальная плита показана желтым цветом. Траншеи показаны зубчатыми линиями, хребты - двойными линиями, а трансформные разломы - одинарными линиями, в соответствии с данными Sleep, 1994.

Эндогенные гипотезы включают возможность очень ранней фазы тектоники плит на Марсе. Такой сценарий предполагает, что кора северного полушария представляет собой реликтовую океаническую плиту. В предпочтительной реконструкции центр распространения простирался к северу от Терры Киммерии между Дедалией Планум и Исидис Планитией . По мере расширения расширения Бореальная плита прорвалась на плиту Ацидалия с субдукцией на юг под Аравию Терру и на плиту Улисс с субдукцией на восток под Темпе Терра и Тарсис Монтес . Согласно этой реконструкции, северные равнины должны были быть образованы одним расширяющимся хребтом, а Фарсис-Монтес можно было квалифицировать как островную дугу . Однако последующие исследования этой модели показали общее отсутствие доказательств тектонизма и вулканизма в районах, где такая активность изначально прогнозировалась.

Другим эндогенным процессом, используемым для объяснения дихотомии полушарий, является процесс первичного фракционирования земной коры . Этот процесс мог быть связан с образованием марсианского ядра , которое произошло сразу после планетарной аккреции. Тем не менее столь раннее происхождение дихотомии полушарий ставится под сомнение тем фактом, что на северных равнинах обнаружены лишь незначительные магнитные аномалии.

Модель происхождения мантийного плюма для дихотомии полушарий. Мантийная конвекция одиночного плюма генерирует новую кору в южном полушарии с чередующимися полосами нормального и обратного остаточного магнетизма, адаптировано из Vita-Finzi & Fortes, 2013.

одиночного плюма Мантийная конвекция также использовалась для объяснения дихотомии полушарий. Этот процесс мог вызвать значительное плавление и образование коры над единственным поднимающимся мантийным плюмом в южном полушарии, что привело бы к утолщению коры. Было также высказано предположение, что образование высоковязкого слоя расплава под утолщенной корой в южном полушарии могло привести к вращению литосферы. Это могло привести к миграции вулканически активных областей к границе дихотомии и последующему размещению и формированию плато Тарсис. Гипотеза единственного плюма также используется для объяснения наличия магнитных аномалий в южном полушарии и их отсутствия в северном полушарии.

Экзогенное происхождение

Экзогенные гипотезы предполагают одно или несколько крупных воздействий, ответственных за понижение северных равнин. Хотя было предложено множественное воздействие, это потребовало бы невероятной преимущественной бомбардировки северного полушария. Также маловероятно, что множественные удары смогли бы вывести выбросы из северного полушария и равномерно разрушить кору до относительно постоянной глубины в 3 км.

Картирование северных равнин и границы дихотомии показывает, что дихотомия земной коры имеет эллиптическую форму. Это позволяет предположить, что формирование северных равнин было вызвано одним косым мегаударом. Эта гипотеза согласуется с численными моделями ударов в диапазоне 30–60°, которые, как показано, создают эллиптические пограничные бассейны, подобные структуре, обнаруженной на Марсе. Размагничивание, возникающее в результате высокой температуры, связанной с таким воздействием, также может служить объяснением очевидного отсутствия магнитных аномалий на северных равнинах. Это также объясняет более молодой возраст поверхности северных равнин, определяемый значительно меньшей плотностью кратеров. В целом эта гипотеза, похоже, работает лучше, чем другие, которые были предложены.

Тектонические последствия магнитных аномалий

Карта распределения коровых магнитных аномалий на Марсе, любезно предоставлена ​​НАСА , 2005 г.

Южные высокогорья Марса демонстрируют зоны интенсивной намагниченности земной коры . Магнитные аномалии слабы или отсутствуют в окрестностях крупных импактных бассейнов, на северных равнинах и в вулканических районах, что указывает на стертую намагниченность в этих районах термическими событиями. Наличие магнитных аномалий на Марсе позволяет предположить, что на ранних этапах своей истории планета сохраняла собственное магнитное поле. Аномалии имеют линейную форму и переменную полярность, что некоторые авторы интерпретируют как последовательность инверсий и процесс, подобный спредингу морского дна. Полосы в десять раз шире, чем на Земле, что указывает на более высокую скорость распространения или более медленную скорость разворота. Хотя центр распространения не был идентифицирован, карта магнитных аномалий на Марсе показывает, что линии концентричны южному полюсу.

Происхождение мантийного плюма

Для объяснения наличия концентрических полос вокруг южного полюса Марса был предложен процесс, аналогичный расширению морского дна. Это процесс, когда один большой мантийный плюм поднимается в одном полушарии и опускается в противоположном полушарии. В таком процессе новая образовавшаяся кора будет располагаться в виде концентрических кругов, распространяющихся радиально от одной точки апвеллинга, что соответствует схеме, наблюдаемой на Марсе. Этот процесс также использовался для объяснения дихотомии марсианского полушария.

Происхождение внедрения дамбы

Альтернативная гипотеза утверждает, что магнитные аномалии на Марсе являются результатом последовательных вторжений даек из-за расширения литосферы. По мере остывания каждой дайки она приобретет термоостаточную намагниченность от магнитного поля планеты. Последовательные дайки будут намагничены в одном и том же направлении до тех пор, пока магнитное поле не изменит свою полярность, что приведет к последующим вторжениям в противоположном направлении. Эти периодические развороты потребуют, чтобы вторжения даек мигрировали с течением времени.

Аккреция террейнов

Другое исследование предполагает процесс конвергенции коры, а не ее образования, утверждая, что магнитные линии на Марсе сформировались на границе сходящейся плиты в результате столкновения и аккреции террейнов. Эта гипотеза предполагает, что магнитные линии на Марсе аналогичны полосчатым магнитным аномалиям в Североамериканских Кордильерах на Земле. Эти земные аномалии имеют такую ​​же геометрию и размер, как и обнаруженные на Марсе, и имеют ширину 100–200 км.

Тектонические последствия долины Маринерис

Спутниковые снимки системы желоба Валлес Маринерис, на которых показана интерпретированная крупномасштабная система сдвиговых разломов, проходящая по всей его длине. Относительное движение разломов частично подтверждается смещением края старого ударного бассейна. Изображение изменено научной группой НАСА /MOLA.

Недавние исследования утверждают, что нашли первые убедительные доказательства существования тектонической границы плит на Марсе. Открытие относится к крупномасштабной (>2000 км в длину и >150 км по сдвигу) и довольно узкой (<50 км в ширину) сдвиговой зоне в системе прогиба Валлес Маринерис , называемой Иус-Мелас- Зона разлома Копратс (рис. 7). Система желобов Валлес Маринерис длиной более 4000 км, шириной 600 км и глубиной до 7 км, если бы она была расположена на Земле, простиралась бы через всю Северную Америку.

Исследование показывает, что зона разлома Иус-Мелас-Копратес представляет собой левосдвиговую транстенсионную систему, аналогичную системе разлома Мертвого моря на Земле. Величина смещения по зоне разлома оценивается в 150–160 км, о чем свидетельствует смещенная кромка старого ударного бассейна. Если нормировать величину сдвига на площадь поверхности планеты, то зона разлома Иус-Мелас-Копратес имеет величину смещения значительно большую, чем у разлома Мертвого моря, и несколько большую, чем у разлома Сан-Андреас . Отсутствие значительных деформаций по обе стороны зоны разлома Июс-Мелас-Копратес на расстоянии более 500 км позволяет предположить, что области, ограниченные разломом, ведут себя как жесткие блоки. Это свидетельство, по сути, указывает на крупную сдвиговую систему на границе плиты, в земных терминах известную как трансформный разлом .

См. также

• Коровый магнетизм
• Марсетрясение