Ученые из Имперского колледжа Лондона выяснили, что мантия Марса сохранила следы своего хаотичного формирования более 4,5 миллиардов лет назад, действуя как «геологическая капсула времени». Результаты опубликованы в журнале Science.
В ранние годы планеты гигантские удары расплавили значительные части молодого Марса, создавая глобальный магматический океан и смешивая фрагменты коры и мантии. По мере остывания часть расплавленной массы кристаллизовалась, формируя кору и мантию в состоянии покоя, которая удерживала тепло и замедляла конвекционные движения. Эти процессы оставили смесь крупных и мелких обломков, сохранившихся до наших дней.
«Эти колоссальные удары высвободили достаточно энергии, чтобы расплавить большую часть молодой планеты в обширные магматические океаны. По мере охлаждения магмы оставались композиционно различимые куски материала, которые мы теперь обнаруживаем глубоко внутри Марса», — объясняет ведущий исследователь доктор Константинос Хараламбус.
Модель работы марсианской мантии отличается от Земли: на нашей планете тектоника плит постоянно перерабатывает кору и мантию, стирая древние следы. На Марсе же плотная кора «запечатала» внутренние фрагменты, сохранив их почти в первозданном виде.
«Большая часть этого хаоса, вероятно, произошла в первые 100 миллионов лет Марса. То, что мы все еще можем обнаружить эти следы после 4,5 миллиардов лет, показывает, насколько медленно перемешиваются внутренние слои планеты», — добавляет Хараламбус.
Данные о внутренней структуре ученые получили с помощью сейсмического оборудования посадочного модуля НАСА InSight. Восемь особенно четких марсотрясений, включая два недавних удара метеоритов, позволили выявить тонкие аномалии в распространении сейсмических волн. Волны высоких частот замедлялись, проходя через мантию, что говорит о наличии крупных и мелких обломков с разной плотностью и составом.
Куски мантии имеют фрактальное распределение: несколько крупных фрагментов шириной до четырех километров окружены множеством меньших.
«То, что мы видим, — это "фрактальное" распределение, возникающее, когда энергия катастрофического удара переполняет материал. Это похоже на эффект, когда стакан падает на кафель — образуются большие осколки и много мелких кусков», — объясняет профессор Том Пайк, участвовавший в исследовании.
Сейсмическое изучение мантии также показало, что древние фрагменты не только сохранили информацию о ранней коре Марса, но и о самих ударах, которые формировали планету. Эти остатки позволяют ученым «читать» историю первых колоссальных столкновений и лучше понять процессы, которые формировали не только Марс, но и другие скалистые планеты — Венеру, Меркурий и даже Землю.
«Данные InSight продолжают менять представление о формировании скалистых планет, и Марса в частности», — отмечает Марк Паннинг из Лаборатории реактивного движения НАСА.
Таким образом, мантия Марса оказалась гораздо сложнее, чем это обычно изображают в учебниках. Она не гладкая и слоистая, а смесь крупных и мелких обломков, сохранившаяся с первых дней планеты. Эти обломки дают редкую возможность заглянуть в раннюю историю Красной планеты и понять, как гигантские удары и магматические процессы формировали ее внутреннюю структуру.
«То, что эти древние хаотические структуры сохранились до наших дней, показывает, насколько медленно Марс перемешивает свои внутренние слои. Это дает нам редкую возможность заглянуть в бурное начало планеты», — подчеркивает Хараламбус.
