Tektonika és vulkanizmus a Marson ELTE TTK, Marskutatás speciális kollégium

Átírás

1 Tektonika és vulkanizmus a Marson ELTE TTK, Marskutatás speciális kollégium Kereszturi Ákos Collegium Budapest, ELTE Planetológiai Műhely, Magyar Csillagászati Egyesület kru@mcse.hu

2 Belső szerkezet km vastag kéreg km vastag köpeny km sugarú vasmag globális mágneses tér asztenoszféra nincs? olvadt vasmag nincs? dinamó nem működik Általános következmények a Marsra vonatkozóan: földinél kisebb belső hőforrás erős tektonikus aktivitás csak kezdetekben gyengébb differenciáció több vas marad a köpenyben vasban gazdagabb magmák kisebb viszkozitású lávák laposabb vulkáni képződmények, kiterjedt lávasíkságok vastag kőzetburok nehezebb szétdarabolódás kezdeteket kivéve (egykori magas hőáram) egyetlen kőzetburok földi típusú globális lemeztektonika nincs

3 Globális domborzati viszonyok

4 Kőzetburok vastagság

5 Észak-dél eltérés jellemzői átl. 4-6 km-es domborzati különbség kéreg vastagsága: É km D km összetétel: É: bazalt, andezit (mállott bazalt?) D: bazalt

6 Észak-dél eltérés jellemzői Keletkezési modellek: egyetlen hatalmas becsapódás északon (É/D határ domborzata alapján nem valószínű) több nagyobb becsapódás északon (vannak nagy kráterekre utaló nyomok, de kráterstatisztika becslés kérdésessé teszi) Tharsis Basin (Schultz & Glicken, 1979) Elysium Basin (Schultz, 1984) North Polar Basin Utopia Impact Basin (McGill, 1989) Borealis Impact Basin (Wilhelm & Squyres, 19 Isidis Impact Basin (Tanaka, 1986) Chryse Impact Basin (Schultz et al, 1982)

7 Észak-dél eltérés jellemzői Keletkezési modellek: egyetlen hatalmas becsapódás északon (É/D határ domborzata alapján nem valószínű) több nagyobb becsapódás északon (vannak nagy kráterekre utaló nyomok, de kráterstatisztika becslés kérdésessé teszi) lemeztektonika (nyoma nem látszik, eltemetett?, talán ősi dinamó is ettől) vulkanikus-tektonikus átalakulás egycellás konvekció

8 Tektonikát befolyásolja Tektonika jellemzői: földinél gyengébb gravitációs tér (kevésbé nehezek a kiemelkedések) kisebb geotermikus gradiens (lassabban nő a hőmérséklet lefelé haladva) rideg képlékeny rezsim átmenet mélyebben mélyebbre hatoló törések krioszféra jéganyaga mint kenőanyag? Tektonika formái: teljes kőzetburok egyben történő elmozdulása földi globális lemeztektonikához hasonló jelenség nyomai kezdetekről tágulásos szerkezetek összenyomódásos képződmények oldalelmozdulások

9 Egész külső burok elfordulása Tharsis-hátság nagy tömege instabil kőzetburok egész burok elfordulása Tharsis az egyenlítőre került + globális törésrendszer keletkezett

10 Kőzetborok szétterülésének nyoma normál-reverz mágnesezettségű sávok transzform vetők egyetlen ősi hátság (vagy több közeli, egymással párhuzamos) kb. 3,2-3,5 milliárd évvel ezelőtt és korábban

11 Globális törésrendszer a Tharsis körül Tharsis-hátságra koncentrikus szerkezet egész bolygón megfigyelhető

12 Hegységképződés jellegű folyamatok Hegység jellegű kiemelkedések kialakulása: becsapódás vulkanizmus tektonikus: nincs globális lemeztektonika nincs izosztatikus kiemelkedés nyoma tektonikus eredetű kiemelkedések: lávagerincek Thaumasia-plató Földihez hasonló hegységképződés hiányának oka: globális lemeztektonika hiánya heves belső aktivitás hiánya a kompressziókhoz

13 Valles Marsineris Tharsisra radiális törések legjobban felnyílt ága párhuzamos árkok beszakadásos süllyedék keleti végén víz feltörések vizes időszakban nagy üledékes lerakódások

14 Kevés vagy csak mi ismerünk keveset lávagerincek PLD rogyások Gyűrődéses jellegű szerkezetek

15 Vulkanizmus alapjai a Marson Földénél kisebb belső hőforrások: vastag kőzetburok forró foltok felett állandó helyzetű kéreg gyenge belső differenciáció lávák magasabb vastartalma kisebb viszkozitás Következmény: nagy magmatömegek (benyomulni nehéz, kritikus tömeg nagy) nagy magmatestek hosszú időskálájú aktivitás benyomulás kvázi-periodikus aktív/inaktív időszakok váltakozása időszakosan aktív, általánosságben extrém nagy vulkánok földinél gyengébb gravitációs tér vulkánok kevesebbet nyomnak földinél magasabb vastartalom kis viszkozitás kiterjedt lávasíkságok Földinél kisebb légnyomás: magma buborékosodása kisebb belső gáznyomásnál történik könnyebben lesz robbanásos a kitörés sok piroklasztikum

16 Kitörési típusok a Marson Kis gravitáció: kitörési felhők intenzívebb emelkedése magasabb kitörési felhők kis légnyomás horizontálisan óriási felhők alkalmanként bolygó méretű kihullási zóna ritkább légkör kisebb gázssűrűség a kitörési felhőben kevesebb szállított anyag

17 Tharsis-hátság Mars egész fejlődéstörténete alatt aktív globális tektonikus hatás Valles Marineris területén 8 km vastag vulkáni összlet is korai légkör és víz pótlása áradások kiváltása légköri H 2 O csapdázás szuperplum?

18 Vulkáni felépítmények földénél kisebb belső hőforrások vastag kőzetburok nincs lemeztektonika (tartósan) forró foltok állandó helyen táplálnak vulkánokat hosszú időskálájú aktivitás nagyméretű vulkáni felépítmények

19 Vulkáni felépítmények: pajzsvulkánok, paterák kis viszkozitású lávák lapos vulkáni kúpok rendkívül lapos paterák: finom piroklasztikum

20 Egyéb vulkáni képződmények Lávacsatornák Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

21 Egyéb vulkáni képződmények Lávacsatornák Kalderák Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

22 Egyéb vulkáni képződmények Lávacsatornák Kalderák Pszeudokráterek Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

23 Egyéb vulkáni képződmények Lávacsatornák Kalderák Pszeudokráterek Nagy lávatáblák Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

24 Vulkánok területi eloszlása forró foltokhoz kapcsolódó nem vonalak mentén (bár Pavonis, Ascreus, Arsia vonal mentén) nagy vulkáni hátságok: Tharsis Elysium Hellas környéke Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

25 Vulkáni kőzetek marsmeteoritok: főleg bazalt bazalt, alárendelten andezit bazalt: oszlopos elválás THE DISCOVERY OF COLUMNAR JOINTING ON MARS. Moses P. Milazzo1, Windy L. Jaeger2, Laszlo P. Keszthelyi2, Alfred S. McEwen1, Ross A. Beyer3, and the HiRISE Team, Lunar and Planetary Science XXXIX (2008) 2062

26 Vulkáni kőzetek marsmeteoritok: főleg bazalt bazalt, alárendelten andezit bazalt: oszlopos elválás térbeli elterjedés: bazalt főleg délen andezit, bazaltandezit főleg északon egybevág az elgondolással, hogy északon tovább tartott/intenzívebb volt a hőkiáramlás erősebb differenciáció de igen bizonytalanak a mérések! bazalt andezit Bandfield et al, Science 2000 Using MGS-TES data Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

27 Vulkán jég kölcsönhatások forró hulló vulkanitok: permafroszt olvasztás víz feltörések (áradásos csatornák) lávafolyások vízfolyások öszekapcsolódása (Elysum, Tharsis) pólussapka olvasztás Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

28 Vulkán jég kölcsönhatások Jég olvasztás kiömlött láva, kihullott pirokalsztikum EPISODIC GEOLOGIC EVOLUTION OF MARSGerhard Neukum, European Mars Science and Exploration Conference: Mars Express & ExoMarsESA-ESTEC, Noordwijk (NL), November 2007 Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

29 Vulkán jég kölcsönhatások Jég olvasztás kiömlött láva, kihullott pirokalsztikum Ismétőldés (?): H 2 O kiválás vulkánkitörés olvadás lávafolyás kiszáradt vulkanitok EPISODIC GEOLOGIC EVOLUTION OF MARSGerhard Neukum, European Mars Science and Exploration Conference: Mars Express & ExoMarsESA-ESTEC, Noordwijk (NL), November 2007

30 Vulkán jég kölcsönhatások Jég olvasztás MEGAOUTFLO(W) ciklusok vulkanizmustól induló globális felszínalakulási időszakok vulkáni képződmények felépülése juvenilis gáz kibocsátása a légkörbe krioszféra olvasztás áradásos csatornák keletkezése állóvízek keletkezése, befagyása megemelkedő légköri H 2 O koncentráció és erősebb illókörforgás savasabbá váló felszíni kémiai környezet Pólussapka alatti vulkánok: délien északon 2008: 284 db Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

31 Vulkán jég kölcsönhatások Freatomagmás kitörések magma + víz robbanásos kitörés főleg Athabasca Valles: kúpok, kerekded mélyedések 5-50 m átmérő, lejtőszög ~30 cementált poranyag főleg ahol vékony a láva könnyebb gáz kiszökés Freatomagmás vulkáni kúp mezők MORPHOLOGIC CHARACTERISTICS AND GLOBAL DISTRIBUTION OF PHREATO-VOLCANIC CONSTRUCTS ON MARS AS SEEN BY HiRISE. W. L. Jaeger1, L. P. Keszthelyi1, D. M. Galuszka1, R. L. Kirk1, and the HiRISE Team, Lunar and Planetary Science XXXIX (2008) 2428 Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

32 Vulkanikus aktivitás története déli felföldek vulkánjai Tharsis, Elysium-hátság fő vulkáni képződményei Tharsis, Elysium-hátság fiatal vulkánjai primitív magma differenciált magma frakcionációs paraméter több vulkanit alacsonyabb, laposabb vulkánok kiterjedt magma források kevesebb vulkanit magasabb, meredekebb vulkánok lokális magma források

33 Vulkanizmus: Noachian ((4,5) 4,0-3,8) kiterjedt (hasadék?) vulkanizmus északi síkságok feltöltése Valley Marineris felnyílásának fő időszaka déli pólussapka alatti vulkanizmus olvadás, vízfeltörés paterák keletkezése Tharsis-hátsághoz kapcsolódó törések kialakulása Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

34 Vulkanizmus: Hesperian (3,9-3,1) kiterjedt (hasadék?) vulkanizmus északi síkságok feltöltése Valley Marineris felnyílásának fő időszaka déli pólussapka alatti vulkanizmus olvadás, vízfeltörés paterák keletkezése Tharsis-hátsághoz kapcsolódó törések kialakulása Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

35 Vulkanizmus napjainkban? aktivitás a elmúlt 4,5 milliárd évben eltérő időpontokban valószínűtlen, hogy pont most ért véget magmakamrák ~nagyok lehetnek legintenzívebb nyomok 3,7-3,3 milliárd éve utána globális változás? (savasabb, szárazabb bolygó) Tharsis-hátság: utoljára 5-20 millió éve Elysium: Athabasca Vallis: utóbbi 100 millió élvben, de jégtáblák akár 10 millió éve is lehetett aktivitás északi sarkvidék: nagyon fiatal vulkáni képződmények (?) de inkább mások geotermikusan aktív forró terület nem mutatkozik légköri metán: vulkanikus/fotokémiai/biogén? Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

36 Belső erők időbeli változása Földénél kisebb tömeg: adott tömegre nagyobb felület gyorsabb kihűlés belső energiaforrások gyorsabb csökkenése gyengülő vulkanizmus keményedő és vastagodó kőzetburok Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

37 Vulkanizmus szerepe a bolygófejlődésben Kezdetekben erős vulkáni aktivitás gázkibocsátás H2O kibocsátás üvegházhatás erősítése magasabb geotermikus gradiens visszahulló vulkanitok olvasztó hatása Halvány ősnap paradoxon Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

38 Vulkanizmus szerepe a bolygófejlődésben Vulkanizmus időbeli változása legerősebb kezdetekben 2-3 milliárd éve erősen gyengült legfrissebb nyomok: 5-20 millió éves Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület

39 Mars helyzete a bolygók között vulkanotektonikus aktivitás és fejlettség szerint Kereszturi Ákos, Collegium Budapest, ELTE TTK Természetföldrajzi Tanszék, Magyar Csillagászati Egyesület