A Mars geológiája: milyen földtudományra tanít a vörös bolygó? Kereszturi Ákos MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet Asztrofizikai és Geokémiai Laboratórium NASA Astrobiology Institute TDE Focus Group OTKA PD 105970 Új utak a földtudományban, 2013. március 20. Magyar Állami Földtani Intézet Tartalom Mars + geológia: mit,miért, hogyan? Mars és Föld hasonlóságok/eltérések esettanulmányok (példák): tektonika vulkanizmus becsapódásos kráterek jég víznyomok felszínkémia üledékek összefoglalás: kölcsönhatások anyagkörforgás fejlődéstörténet mi újat adhat a Mars a földtudománynak?
Bevezetés Mit? földtudományi jelenségek, folyamatok Miért? szélesíteni földtudományi ismereteket (Föld: egyetlen labor, szűk paraméterek) példa a mai földitől eltérőviszonyokra (Föld korai fejlődésének mikéntje, külső hatások) Hogyan? távérzékelés (űrszondák, távcsövek) helyszíni vizsgálatok (leszálló egységek) marsi meteoritok (földi laborvizsgálat) földi analógák (labor, terepi, modell) Tévedhetünk? ugyanaz a fizika, kémia mint a Földön megfigyelések, numerikus adatok változó, fejlődő tudásanyag Mars és Föld hasonlóságok/eltérések jellemző Föld Mars következmény (Földhöz képest) átmérő 1 Mars = földi szárazföldek tömeg gravitáció 1 kevesebb belsőhőforrás, korán gyengülőaktivitás, litoszatikus nyomás, geotermikus gradiens, ülepedés sűrűség 5.5 gyengébb differenciáció, vas gazdag felszín, híg lávák naptávolság 1 1.5 gyengébb besugárzás, hűvös légköri összetétel N 2, O 2 CO 2 egyaránt oxidálólégkör felszíni légnyomás tengelyforgási idő 1 0.007 forráspont +4 C körül, erősebb marsi hőingás 24:00 24:37 egyaránt erős napi hőingás tengelyferdeség 23.5 25.5 évszakos változások (+ Mars: változó naptávolság) átl. felszín hőmérséklet +15-67 két fajta jég: H 2 O, CO 2 felszíni UV sugárzás 1 1000 speciális kémia (fotodissziciáció, molekula bomlás)
Tektonika egész külső burok elfordulása Tharsis-hátság tömege instabil kőzetburok egész burok elfordulása Tharsis az egyenlítőre került + globális törésrendszer keletkezett váltakozó mágnesezettségű sávok pólusváltás + kőzetburok szétterülés? kőzetburok eltűnés? egyetlen hátság? Vulkanizmus(kontextus: hasonlítás a Földhöz) robbanásos kitörések: kisebb bezárónyomás (ritka légkör, gyenge gravitáció) robbanásos jelleg kitörési felhők hidrosztatikus emelkedése? ( ritka légkör, gyenge gravitáció) ősi vulkánoknál könnyen pusztuló, piroklasztikum magma illótartalom: ősi nedves Mars, régóta száraz Mars térben erősen koncentrált vulkanizmus, pl.: Tharsis: felszín kb. 25%-a, össztérfogat min. 10 6 km 3 aktív periódus: 3,5-0.2 milliárd éve Mars egész fejlődéstörténete alatt aktív szuperplum? Tyrrhenia Patera
Becsapódásos kráterek jómegtartás megfigyelhetőföldinél hosszabb időskálán kapcsolat bolygófejlődéssel 4.0 milliárd éves skálán vizsgálható érdekes következmények globális domborzati aszimmetria (mélyedés) sok ősi, nagy becsapódásnyom több 100 km-es üledékes medencék (üledéken láva) becsapódás jég olvasztás geomorfológia: felszín átalakulás jellege, méretskálája (SFD görbék) Jég nyomai a felszínen Álló jég: pólussapka, Poláris Réteges Üledékek D (>100 km rétegfolytonosság) tiszta jég cm, m mélyen millió évig (lerakódott, nem szegregációs) mély krioszféra (milliárd éves fagyott állapot)
Jég nyomai a felszínen Mozgó jég: egyenlítői vulkánok ÉNY lábánál, morénák hegylábi sziklagleccserek vonalas mintázatok jég eltemetve 10 m Jég nyomai a felszínen Szublimálás / kiválás (közepes szélesség, globális övezetes formák) poligonok ( globálisan, főleg szublimációs nem olvadásos) fedőüledék termokarszt mélyedések sárfolyások forrásai jó klímarekonstrukcióra
Víznyomok időszakos vízfolyások (látványos erózió + rövid aktivitás fluviális felszínalakulás sivatagban is) vulkán jég kölcsönhatás globális felszín alatti vízáramlási rendszer hatalmas (km 3 /s) vízhozamok erős erózió(km-es vízmélység? geomorfológia: erózió/ akkumuláció, egyensúlyi esésgörbe (?) Felszínkémia erősen oxidált felszín víztől? víz ritka alternatíva: egzotikus mállás száraz hideg erős UV hosszúidő ok: mikroszkópikus felületi vízréteg tömény sóoldatok időszakos jég vándorlás instabil fázisok egymás közelében (fragmentált mikrokörnyezetek) További érdekességek: globálisan homogén regolit erős oxidálószerek (H 2 O 2 ) nem mutatkozik szerves anyag a felszínen
Üledékek Üledék fajták egzotikus: jegek (stabil hideg, nagy térfogat nehezen melegszik fel, + hőszigetelő portakaró) pólussapka: levegőből rakódott / kivált, réteges, diagenizált, környezet indikátor szulfátok (km vastagság): jarosit (K,Na,H)Fe 3 (SO 4 ) 2 (OH) 6, Terra Meridiani gipsz (CaSO 4 2H 2 O)északi cirkumpoláris zóna, Valles Marineris kieserit (MgSO 4 H 2 O) és a polihidratált szulfátok, Valles Marineris víztartalom, vízvesztés rárakódott jég, diagenizáció: vízvesztés Keletkezés: evaporitok, bepárlódóvizek bazalt savas mállása vulkáni kigázolgás vagy a következő silde Gale kráter központi üledékes hegy pályaelem változások egyenlítői jég + por lerakódás mikroszkopikus vízfilm mállás erős betöményedés + magas kőzet/jég(víz) arány speciális ásványi termékek szárazodás, hűlés, savasodás magyarázza: nagy térfogatban hasonlóan extrém ásványi átalakulás (Mawrth Vallis) nagyon savas egykori környezet alacsony víz/kőzet arány
Óriási eltemetett üledékek karbonátok alig van a felszínen egy egész üledék típus pedig kellene: ősi víz + légköri CO 2 karbonátok kiválási sorban alul eltemetett állapot vulkanitok, későbbi üledékek (nincs globális lemeztektonika, kis felszíni aktivitás) Modell: 1.víz + CO 2 2. karbonát keletkezés 3. betemetődés 4. becsapódás, kihantolódás Comanche szikla Leighton kráter Nili Fossae Vulkán jég kölcsönhatások MEGAOUTFLO(W) ciklusok: vulkanizmustól induló globális felszínalakulási időszakok juvenilis gáz kibocsátása a légkörbe változó felhőborítás, albedo, hőmérséklet megemelkedőlégköri H 2 O koncentrációés erősebb illókörforgás havazás, gleccserjég képződés, mozgó jégárak légköri szulfát aeroszol savas mállás, jobb UV szűrés krioszféra olvasztás termokarsztok, áradások folyók, tavak vizes mállás vizek befagyása, elszublimálása lassú jégvándorlás Több hasonló rendszer szemléletű modell: déli pólussapka Argyre vízrendszer időszakos rész óceán vízfeltöltések bizonytalan eseménysorok de feltehetőleg sok összefüggés
Összefoglalás 1.: őskörnyezet rekonstrukció ásványtani megfigyelések ásvány stabilitás (labor) keletkezési + mai viszonyok őskörnyezet rekonstrukció semleges, enyhén lúgos: karbonátok semleges, enyhén lúgos ph nontronit reduktív környezet, ph>6, hideg (?) szektitek magas víz/kőzet arány, ph=6-12, savas: szulfátok: ph=7 1 opál ph<9 hőmérséklet: klorit, prehnit 200-300 C metam. zeolit (analcim) enyhén lúgos, <200 C sok hideg metamorfózis: átalakulások: szemektit klorit Problémák: sok üde olivin + filloszilikát kevés karbonát, pedig CO 2 légkör + víz Fe 2+ filloszilikátok hőmér -séklet CO 2 karbonátok Montmorillonit Kaolinit ph csökk. Al / Fe Szulfátok Fejlődéstörténet: globális trendek aktív vulkanizmus, mágneses tér gyengülő akt., légkörvesztés vulkanizmus kénes oxidált üledékek ph: enyhén lúgos erősen savas nedves száraz kőzet/víz arány betöményedő oldatok H 2 O fotodisszociáció+ H vesztés regolit oxidálódás csökkenő geol. akt. eltemetett állapot gyenge anyagkörforgás instabil ásványok kis mélységben Korfüggő asvány képződés kiválási sor: karbonát, szulfát, klorid ásványok korolás filloszilikátok 3,5 milliárd évig szulfátok 3,0 milliárd évig opál (kevés): 2,0 milliárd évig de: kivételek (?)
Fejlődéstörténet, fő korszakok Noachi (4,3-3,5 milliárd éve) sok víz, magasabb hőmérséklet idős területek (főleg déli felföldek, néhol északon is) filloszilikátok (Fe/Mg szmektit, rétegződés (?)) Heszpériai(3,5-1,8 milliárd éve): szulfátok magas kőzet/víz arány szokatlan mállástemékek Interior Layered Deposits Amazoni(1,8 0 milliárd éve): egzotikus mállás: száraz, hideg erős UV, hosszúidő oxidáció felületi vízfilm mállás tömény sóoldatok jég vándorlás becsapódások, felszíni víz, meleg klíma globális változás hűlés, szárazodás, feltörőhideg + savas vizek, vulkáni kén hideg, száraz, erős UV, oxidáció, főleg jég, víz alig kor (milliárd év) filloszilikátok, halit, karbonátok? szulfát, opál vasoxidok De sok kérdés mállási paradoxon : sok üde olivin + filloszilikátok + víznyomok noachi filloszilikátok: ritkán folyásnyomoknál Megoldás (?): víz: ritka, hideg, ion gazdag egzotikus mállás statikus környezet, gyenge recirkuláció elszigetelt zónák, egyensúlytól messze ritka légkör, erős diffúziós határok, gyenge vízvándorlás instabil ásványok
Mi újat adhat a Mars a földtudománynak? Kontextus a Földhöz földinél gyengébb gravitációs tér (kevésbé nehezek a kiemelkedések) földinél gyengébb differenciáció vasban gazgag híg lávák kisebb geotermikus gradiens (lassabban nőa hőmérséklet lefeléhaladva) vastagabb kőzetburok rideg képlékeny rezsim átmenet mélyebben mélyebbre hatolótörések keskeny, hosszú árkok globális lemeztektonika hiánya végleg lerakódó üledékek, körforgásból végleg kivont karbonátok Mi újat adhat a Mars a földtudománynak? Egzotikus földtudomány földi viszonylatban extrém példák, szélsőséges földtudományi jelenségek okok, ható tényezők jobb megértése ásvány stabilitás relatív fogalom (tudjuk, de jó látni extrém kísérletek instabil fázisok egymás közelében ritka légkör + szigetelő porozitás gyenge kommunikáció évszakos átalakulások felszíni réteg hidratációja éghajlatfüggő ásványátalakulások vízvesztés, zsugorodás Ls lépések= 8.6
További információk