A Mars fejlődéstörténete

Átírás

1 A Mars fejlődéstörténete Mars-kutatás speciális kollégium Kereszturi Ákos Collegium Budapest, Magyar Csillagászati Egyesület Nagy Károly Csillagászati Közhasznú Alapítvány

2 Felhasznált adatok Mai állapotok: bolygó tömege, sűrűsége, radioaktív hőforrások mennyisége helyzet a Naprendszerben: összetétele Föld-típusú kőzetbolygóra jellemző felszínformák: maitól eltérő kráterkeletkezési ráta maitól eltérő vulkáni aktivitás maitól eltérő paleoklíma (folyékony víz nyomai) légköri izotóparányok légkörvesztés: vastagabb kezdeti atmoszféra Mars korai állapotának modelljei: elemek kiválási sorrendje a Naptól távolodva (földinél kicsit több S, O, H 2 O) bolygófejlődés, hőtörténet korai Naprendszer bombázási viszonyai

3 Felhasznált adatok Bolygófelszín korbecslési módszerei kráterek kráterképződés időbeli változása: 1. sok nagy (>100 km) és kis kráter képződése 2. csak kis kráterek képződése 3. nagyon kevés kis kráter képződése kráterek: relatív korbecslésre relatív korok abszolutizálása: ha ismerjük a becsapódási ráta időbeli változását ha van in-situ koradat (csak a Holdra holdi korok kiterjesztése Marsra) marsmeteoritok abszolút korbecslés izotópvizsgálatokkal kb. 30 marsmeteorit egyet kivéve 1,3 milliárd évnél fiatalabb (középső-és késő Amazonian) kivétel az ALH84001: kb. 4,5 milliárd éves

4 Fejlődést befolyásoló tényezők Belső aktivitás (hőtermelés, mozgások): csökkenő csökkenő belső eredetű felszíni aktivitás 4 milliárd éve a geotermikus gradiens 4-5-ször nagyobb lehetett, mint ma Becsapódások szerepe: kialakuló kráter forró, jeget olvaszt visszahulló forró törmelék jeget olvaszt felszín alatti víz cirkulációt generál növeli a légkör gázmennyiségét Pályaelem változások: beeső napsugárzás tér- és időbeli eloszlása kvázi-periodikus változások Kibocsátott sugárzás változása: ősnap keletkezése után mai sugárzásnak kb. 70%-át produkálta, azóta növekszik Kereszturi Kereszturi Ákos: A Ákos: Mars A fejlődéstörténete, Mars fejlődéstörténete, ELTE TTK ELTE Regionális TTK Mars-kutatás bolygótudomány speciális speciális kollégium kollégium

5 Fejlődést befolyásoló tényezők Tömeg, mint a hűlés felé ható tényező: gyenge gravitációs tér légkör elszökés gyengülő üvegházhatás gyengülő belső aktivitás kevesebb juvenilis vulkáni gáz ritkább jég olvasztás gyengülő anyag recirkuláció leálló mágneses dinamó napszél légkört erodálja légkör elszökés

6 Fejlődéstörténet kronológiája Három nagy időszak, eltérő kráterezettség alapján: Noachian: névadó Noachis-régió, 15-83S W Hesperian: névadó Hesperia-planum, 10-35N W Amazonian: névadó Amazonia-planitia, 0-40N W kráterezettség alapján lehatárolt, pontos abszolút kor nem ismert

7 Fejlődéstörténet kronológiája Noachian: Mars felszínének 40%-a ilyen korú differenciáció, kéreg keletkezése, mag képződése: kezdeti 50 millió évben (nem maradt kráter ebből az időszakból) északi mélyföldek kialakulása (domborzati adatok alapján nem becsapódásos, hanem belső eredetű) nagy bombázási időszak a Naprendszerben, legnagyobb kráterek jó része eltemetett (QCD Quasi Circular Depression), északi mélyföldek területén is

8 Fejlődéstörténet kronológiája Noachian: globális kőzetburok szétterülés normál/reverz mágnesezettségű sávok egyetlen hasadék rendszer? ranszform vetők nyoma Ascreus, Arsia, Pavonis forró folt vulkanizmus? szubdukció nyoma nem látszik mágneses dinamó leállása: 3,9-3,7 milliárd éve geotermikus hőforrásoktól hidrotermális cirkuláció több km mélységig erózió: a déli felföldek idős területein kb. 1 km vastag felszíni réteg lepusztulása (folyóvízi erózió) Noachian után 5-6 nagyságrenddel kisebb eróziós ráták

9 Fejlődéstörténet kronológiája Hesperian: mai vulkáni síkságok többsége, lávagerincekkel forrásaik (hasadékvulkánok) ma már nem látszanak Globális hűlés + légkör illószállítása: délre vándorlás + olvadás felszín alatti vízkészlet növekedése instabil hidraulikai helyzet globális hűlés süllyedő olvadási izoterma felülről lefelé vastagodó krioszféra zárt felszín alatti víztározó víz feltörések áradások forrásrégiók késő Hesperian korai Amazonian közt 2 km-t süllyedtek Késő Hesperian: Vastitas Borealis Formáció vékony, kb. 100 m vastag üledékes borítás a lávákon

10 Fejlődéstörténet kronológiája Amazonian: ma látható központos vulkánok jelentős részén gyenge aktivitás gyengülő vízfeltörések északi síkságok részleges feltöltése

11 Fejlődéstörténet kronológiája Amazonian: kezdeti jégsapka nélküli időszak? poligonális marstalajok gleccserszerű formák mozgása glaciális lerakódások a Tharsis vulkánoktól NyÉNy-ra mai pólussapkák keletkezése (É: 10 3, D: 10 6 éve) (Fishbaugh, Head 2001)

12 Fejlődéstörténet kronológiája Korok abszolút datálása: Noachian: 4,5-3,7 milliárd éve Hesperian: 3,8-3,0 milliárd éve Amazonian: 3,0(1,8)-0 milliárd éve

13 Phyllocian (4,5-4,0 milliárd év) agyagok, filloszilikátok alkáli vizes környezet Theiikian (4,0-3,5 milliárd éve) szulfátok vulkanizmus savas, hideg felszíni vizek Siderikan (3,5-0,0 milliárd éve) vas oxidáció, peroxidok képződése vas-oxid nem víztől? vulkanizmus és folyékony víz alig Alternatív kronológia Mawrth Valles agyagok (OMEGA)

14 Alternatív kronológia Vulkáni időszakok (Neukum et al. 2008) 3,7 3,0 (1,8) Noachian Hesperian Amazonian

15 Konkrét képződmények és események Moduláris kronológia abszolút kronológia gyenge távoli felszínformák relatív korbesorolása sem elég jó egyes felszínformák közti kapcsolat nem teljesen tiszta nagyobb egységek önmagukban jól tanulmányozhatók, de kapcsolatuk nem egyértelmű A fejlődés szempontjából fontos képződmények ( modulok ): Tharsis-hátság Valles Marineris áradásos csatornák Déli jégsapka Argyre Margaritifer vízrendszer

16 Tharsis-hátság felszín kb. 25%-a Tharsis és a korai melegebb klíma egyidős Noachian vulkanitok térfogata itt 10 8 km 3, ez a magma 2m/m%-os víztartalománál globálisan 120 m-es vízborítást ad, a magma 0,65 m/m%-os CO 2 tartalománál 1,5 bar légnyomást ad vulkanizmus és tektonikus aktivitás centruma kialakulása észak-déli aszimmetria keletkezése után kialakulása a legtöbb idős hálózatos csatorna keletkezése előtt (folyásirányok alapján) Vulkáni aktivitás kapcsolata egyéb változásokkal: H 2 O, CO 2 kibocsátás vulkanitok jég olvasztása: laharok (Elysium folyásnyomok) káoszterület képződés, áradás (Tharsis, Hellas, (Elysium?))

17 Felszíni víz előfordulása Óceáni időszakok: bolygófejlődési modellek partvonalnyomok nem teljesen azonos magasságban változó vízszint, több vizes időszak

18 Krioszféra Felszín alatti jég + kőzetek: mechanikailag kötött H 2 O adszorbeált H 2 O, CO 2 kémiailag kötött H 2 O kémiailag kötött CO 2 H 2 O egyenérték: m Krioszféra képződése diffúzió a légkör felől diffúzió a mélyből (juvenilis)

19 Krioszféra Krioszféra növekedése: hideg kifagyás Krioszféra csökkenése: szublimációs kiszáradás: egyenlítőn talajjég tükör m mélyen 35 -on 10 m mélyen felett felszín közelében

20 Déli jégsapka-argyre-margaritifer vízrendszer déli pólussapka hízása alsó olvasdékvizet regolit nem tudja elvezetni vízkifolyás a pólussapka alól (eskerek) Dorsa Argentea Fm. Hellas felé magaslatok, Argyrebe folyt Argyre felé Charitum Montesbe folyóvölgyek bevágódás D: Surius-, Dzigai K: Palacopa Valles D-Argyre: hordaléklerakódás Argyre túlcsordult É felé: Nia, Uzboi, Meridiani Valles elvégződés: Meridiani-partvonal (óceán?)

21 MEGAOUTFLO elmélet Mars Episodic Glacial Atmospheric Oceanic Upwelling by Thermotectonic Flood Outburst

22 Klíma kilengések Éghajlatváltozások felé ható tényezők: - belső eredetű kényszerek (vulkanizmus) - visszacsatolási mechanizmusok (éghajlat) - pályaelem változások Összetett jelleg, nehezen modellezhető. Fontos tényezők: légkör mennyisége (üvegházhatás, illó szállítás) légköri aeroszolok és páratartalom (felhőképződés) felszíni albedo (por és jég eloszlása) besugárzás változása

23 Klíma kilengések Pályaelem változások: forgástengely ferdesége 5-45 (50 ) beeső napenergia változása illók szélességi migrációja légkör gázmennyisége változik excentricitás 0-0,12 között ingadozik évszakok aszimmetriája apszisvonal körbefordul észak-déli aszimmetria cserélődése Forgástengely helyzete a múltban: elmúlt 1-4 millió évben 35 is elmúlt 10 millió évben 40 is

24 Klíma kilengések Következmények: 40 fok felett nincs stabil állandó pólussapka 54 fok felett a pólusok kumulatíve több besugárzást kapnak, mint az egyenlítő váltás a pólussapkáról annak hiányára éles, ugrásszerű Pólussapkák: globális hűlés, elsőként vízjég, később erre szén-dioxidjég ma: északon csak évszakos szén-dioxid fedő, délen kb. 2 méter vastag állandó széndioxidég fedő Lehetséges állapotok: kis tengelyferdeségnél állandó, kétrétegű pólussapka nagy tengelyferdeség csak vízég sapka még nagyobb tengelyferdeségnél az is eltűnhet

25 Klíma kilengések Visszacsatolási mechanizmusok jég albedo hőmérséklet hurok felszínen vízjég terjed kevesebb a légköri por por nem rakódik a jégre nem csökkenti annak albedoját nem szublimál el hűlés, légköri folyamatok gyengülnek kiterjedő fagyborítás légkörzés jeget szublimációval elszállítja (ma: alacsony szélességről magasabb szélesség felé) csökken az albedo jobban melegszik a felszín több por kerül az atmoszférába melegedés pólussapkára rakódó por albedo csökken sapka elszublimál sapka nélküli meleg időszak erősödő H 2 O cirkuláció kiterjedő H 2 O jég légkör összeomlás

26 Klíma kilengések nyomai Hosszabb időtartamú (globális hűlés): idős vízfolyásnyomok ősi óceán partvonalnyomai idős domborzat nagy eróziós rátái Fiatalabb, átmeneti meleg időszakok (elsődlegesen belső folyamatok): tó- és vízfolyásnyomok mállási kérgek? Kváziperiodikus pályaelem változások: poláris réteges üledékek dűnemezők sárfolyások felkent és fedő üledékek hegylábfelszínek periglaciális poligonok

27 Felkent és fedő üledékek két féltekén közepes és magas szélességen sima felszínű, pusztuló és szakadozott réteg méter vastag jég cementálta por elmúlt 1-2 millió évben jött létre Keletkezés: 30 foknál ferdébb forgástengely jég egyenlítő felé húzódik erősödő szelek több por rakódik le a jéggel jéggel cementált üledéktakarók ezer év alatt több méter is Klíma kilengések Megszűnés: tengelyferdeség csökken jég pólus felé húzódik fokos szélességi zóna üledéke szárad, pusztul

28 Ősnap paradoxon Noachian meleg klíma nyomai + halvány ősnap (L=70%) ellentét Paradoxon lehetséges megoldásai: belső eredetű fűtés üvegházhatás probléma: sok CO 2 felhőket is okoz csökkentik az albedot nehezen modellezhető, CO 2 felhők fűtő/hűtő hatása erősen függ az aeroszolok szemcseméretétől mégsem volt olyan meleg: fontos a belső fűtés becsapódások visszahulló forró törmeléke

29 Fejlődéstörténet legfontosabb folyamatai gyengülő vulkanotektonikus aktivitás kifagyó és ritkuló légkör csökkenő hőforrások (ritkuló légkör, csökkenő geotermikus hő) fagyott H 2 O arányának növekedése gyengülő vizes aktivitás élénk éghajlati változások

30 Fejlődéstörténet kéreg, mag, É/D aszimmetria keletkezése Tharsis nagyrésze mágneses dinamó leállása északi lávasíkságok gerincekkel Egyre regionálisabb vulkanizmus (Tharsis, Elysium, Syrtis Major) Valles Marineris Deutronilus felszabdalódása Tharsis, Elysium laharok Hálózatos csatornák kialakulása Kiterjedt déli jégsapka Áradásos csatornák, északi részóceánok Vastitas Borealis Fm. déli sapka alsó olvadása Dorsa Argentea Fm. Poláris réteges üledékek fedő, felkent üledékek agyagok nagytömegű szulfátos üledékek

31 Fejlődéstörténet

32 Összehasonlítás a Földdel

33 Mai folyamatok periglaciális formák ma nem keletkeznek? metán kibocsátás évszakos illó migráció évszakos porvándorlás (albedo változások) lejtős tömegmozgások (nyakkendők)

34 Legfontosabb megválaszolatlan kérdések a Mars fejlődéstörténetében halvány ősnap paradoxon belső és külső eredetű éghajlatváltozások összekapcsolása víz megjelenése után mennyi ideig marad folyékony

35 Legfontosabb megválaszolatlan kérdések a Mars fejlődéstörténetében halvány ősnap paradoxon belső és külső eredetű éghajlatváltozások összekapcsolása víz megjelenése után mennyi ideig marad folyékony

36 Legfontosabb megválaszolatlan kérdések a Mars fejlődéstörténetében halvány ősnap paradoxon belső és külső eredetű éghajlatváltozások összekapcsolása víz megjelenése után mennyi ideig marad folyékony

37 Legfontosabb megválaszolatlan kérdések a Mars fejlődéstörténetében halvány ősnap paradoxon belső és külső eredetű éghajlatváltozások összekapcsolása víz megjelenése után mennyi ideig marad folyékony

38 Legfontosabb megválaszolatlan kérdések a Mars fejlődéstörténetében halvány ősnap paradoxon belső és külső eredetű éghajlatváltozások összekapcsolása víz megjelenése után mennyi ideig marad folyékony

39 Legfontosabb megválaszolatlan kérdések a Mars fejlődéstörténetében halvány ősnap paradoxon belső és külső eredetű éghajlatváltozások összekapcsolása víz megjelenése után mennyi ideig marad folyékony 2012?