Tektonika Marsu - Tectonics of Mars
Stejně jako Země se předpokládá , že se krustové vlastnosti a struktura povrchu Marsu vyvinuly v čase; jinými slovy, stejně jako na Zemi, tektonické procesy formovaly planetu. Způsoby této změny a vlastnosti litosféry planety se však ve srovnání se Zemí velmi liší. Dnes se předpokládá, že Mars je převážně tektonicky neaktivní. Avšak pozorovací důkazy a jejich interpretace naznačují, že tomu tak nebylo dále v geologické historii Marsu.
V měřítku celé planety jsou na povrchu patrné dva fyziografické rysy ve velkém měřítku . První spočívá v tom, že severní polokoule planety je mnohem nižší než jižní a v poslední době se znovu objevila - což také naznačuje, že tloušťka kůry pod povrchem je výrazně bimodální. Tato vlastnost se označuje jako „ hemisférická dichotomie “. Druhým je vzestup Tharsis , obrovská sopečná provincie, která měla v minulosti na Marsu významné tektonické vlivy v regionálním i globálním měřítku. Na tomto základě je povrch Marsu často rozdělen na tři hlavní fyziografické provincie , každá s různými geologickými a tektonickými charakteristikami: severní pláně, jižní vysočina a náhorní plošina Tharsis. Hodně tektonické studie Marsu se snaží vysvětlit procesy, které vedly k rozdělení planety na tyto tři provincie, a jak vznikly jejich odlišné vlastnosti. Hypotézy navržené k vysvětlení, jak by mohly nastat dvě primární tektonické události, se obvykle dělí na procesy endogenní (vznikající z planety samotné) a exogenní (cizí planetě, např. Dopad meteoritů). K tomuto rozdílu dochází během studia tektoniky na Marsu.
Marsu obecně chybí jednoznačné důkazy o tom, že desková tektonika pozemského stylu formovala jeho povrch. Na některých místech však magnetické anomálie v marťanské kůře, které mají lineární tvar a střídavou polaritu, byly detekovány obíhajícími satelity. Někteří autoři tvrdili, že sdílejí původ s podobnými pruhy nacházejícími se na mořském dně Země , které se připisují postupné produkci nové kůry při šíření středooceánských hřebenů . Ostatní autoři argumentovali, že ve velkém měřítku strike-slip dislokační pásma mohou být identifikovány na povrchu Marsu (například ve Valles Marineris žlabu), který lze přirovnat k deska ohraničující transformovat závady na Zemi, jako je San Andreas a mrtvých Mořské chyby. Tato pozorování poskytují určité náznaky, že alespoň některé části Marsu mohly podstoupit deskovou tektoniku hluboko ve své geologické minulosti.
Fyziografické provincie
Jižní vysočina
Jižní vysočina je silně kráterovaná a oddělená od severních plání globální hranicí dichotomie. Silné magnetické pruhy se střídavou polaritou probíhají zhruba EW na jižní polokouli, soustředně s jižním pólem. Tyto magnetické anomálie se vyskytují v horninách pocházejících z prvních 500 milionů let v historii Marsu, což naznačuje, že vnitřní magnetické pole by přestalo existovat před počátkem Noachiana . Magnetické anomálie na Marsu měří šířku 200 km, zhruba desetkrát širší než ty, které se nacházejí na Zemi.
Severní pláně
Severní pláně jsou o několik kilometrů nižší než jižní vysočiny a mají mnohem nižší hustotu kráteru, což naznačuje mladší povrchový věk. Předpokládá se však, že podkladová kůra má stejný věk jako jižní vrchovina. Na rozdíl od jižní vysočiny jsou magnetické anomálie v severních pláních řídké a slabé.
Plošina Tharsis
Tharsis plošina, která sedí ve vysoko-nížinných hranici, je zvýšená oblast, která zahrnuje zhruba čtvrtina planety. Tharsis je zakončen největšími štítovými sopkami známými ve sluneční soustavě. Olympus Mons je vysoký 24 km a jeho průměr je téměř 600 km. Sousední Tharsis Montes se skládá z Ascraea , Pavonise a Arsie . Alba Mons , na severním konci plošiny Tharsis, má průměr 1 500 km a stojí 6 km nad okolními pláněmi. Pro srovnání, Mauna Loa je hubená 120 km široká a stojí 9 km nad mořským dnem.
Zátěž Tharsis měla regionální i globální vlivy. Mezi další funkce vyzařující z Tharsisu patří uchopení několik kilometrů široké a stovky metrů hluboké, stejně jako obrovské koryta a trhliny široké až 600 km a hluboké několik kilometrů. Tyto překážky a trhliny jsou ohraničeny prudkým klesáním běžných poruch a mohou se prodloužit na vzdálenosti až 4000 km. Jejich reliéf naznačuje, že pojmou malé množství prodloužení řádově 100 m nebo méně. Tvrdilo se, že tyto záchvaty jsou povrchovými výrazy deflovaných podpovrchových hrází .
Obvodem k Tharsis jsou takzvané hřebeny vrásek . Jedná se o kompresní struktury složené z lineárních asymetrických hřebenů, které mohou být desítky kilometrů široké a stovky kilometrů dlouhé. Mnoho aspektů těchto vyvýšenin se zdá být v souladu s pozemními kompresními funkcemi, které zahrnují skládání povrchu překrývající slepé poruchy tahu v hloubce. Předpokládá se, že hřebeny vrásek pojmou malé množství zkrácení řádově 100 m nebo méně. Větší hřebeny a jizvy byly také identifikovány na Marsu. Tyto rysy mohou být vysoké několik kilometrů (na rozdíl od stovek metrů vysokých u hřebenů vrásek) a předpokládá se, že představují velké poruchy tahu v litosféře. Poměry výtlaku jsou desetkrát větší než u vrásek, přičemž zkrácení se odhaduje na stovky metrů až kilometrů.
Přibližně polovina extenzivních rysů na Marsu se vytvořila během Noachiana a od té doby se změnila jen velmi málo, což naznačuje, že tektonická aktivita vyvrcholila brzy a časem poklesla. Předpokládá se, že tvorba hřebenů vrásek kolem Tharsis a na východní polokouli dosáhla vrcholu v Hesperianu , pravděpodobně kvůli globální kontrakci připisované ochlazení planety.
Hemisférická dichotomie
Hypsometrie
Gravitační a topografická data ukazují, že tloušťka kůry na Marsu je rozdělena na dva hlavní vrcholy, s modální tloušťkou 32 km a 58 km na severní a jižní polokouli. Regionálně je nejsilnější kůra spojena s náhorní plošinou Tharsis, kde tloušťka kůry v některých oblastech přesahuje 80 km, a nejtenčí kůra s nárazovými nádržemi. Hlavní dopadová mísy společně tvoří malý vrchol histogramu od 5 do 20 km.
Původ hemisférické dichotomie, která odděluje severní pláně od jižní vysočiny, byl předmětem mnoha debat. Mezi důležitá pozorování, která je třeba vzít v úvahu při zvažování jejího původu, patří následující: (1) Severní pláně a jižní vysočiny mají zřetelné tloušťky, (2) kůra pod severní nížinou je v podstatě stejného věku jako kůra jižní vysočiny a (3) severní pláně, na rozdíl od jižní vysočiny, obsahují řídké a slabé magnetické anomálie. Jak bude diskutováno níže, hypotézy pro vznik dichotomie lze z velké části rozdělit na endogenní a exogenní procesy.
Endogenní původ
Endogenní hypotézy zahrnují možnost velmi rané deskové tektonické fáze na Marsu. Takový scénář naznačuje, že severní polokulová kůra je reliktní oceánská deska. Při upřednostňované rekonstrukci se rozprostírající se střed rozšířil na sever od Terra Cimmeria mezi Daedalia Planum a Isidis Planitia . Jak postupovalo šíření, boreální deska se vloupala do desky Acidalia s subdukcí subdukce na jih pod Arabia Terra a deska Ulysses s subdukcí subdukce na východ pod Tempe Terra a Tharsis Montes . Podle této rekonstrukce by severní pláně byly vytvořeny jediným rozkládajícím se hřebenem, přičemž Tharsis Montes se kvalifikoval jako ostrovní oblouk . Následné výzkumy tohoto modelu však ukazují obecný nedostatek důkazů o tektonismu a vulkanismu v oblastech, kde byla původně předpokládána taková aktivita.
Další endogenní proces používaný k vysvětlení hemisférické dichotomie je proces primární frakcionace kůry . Tento proces by byl spojen s formováním marťanského jádra , ke kterému došlo bezprostředně po narůstání planet. Nicméně takový časný počátek hemisférické dichotomie je zpochybněn skutečností, že v severních pláních byly detekovány pouze malé magnetické anomálie.
K vysvětlení hemisférické dichotomie byla také vyvolána konvekce pláště jednoho oblaku . Tento proces by způsobil podstatné roztavení a produkci kůry nad jediným stoupajícím oblakem pláště na jižní polokouli, což by vedlo k zesílení kůry. Rovněž bylo navrženo, že tvorba vysoce viskózní vrstvy taveniny pod zesílenou kůrou na jižní polokouli by mohla vést k litosférické rotaci. To mohlo mít za následek migraci vulkanicky aktivních oblastí směrem k hranici dichotomie a následné umístění a vytvoření plošiny Tharsis. Hypotéza jednoho oblaku se také používá k vysvětlení přítomnosti magnetických anomálií na jižní polokouli a jejich nedostatku na severní polokouli.
Exogenní původ
Exogenní hypotézy zahrnují jeden nebo více velkých dopadů odpovědných za snižování severních nížin. Ačkoli byl navržen původ s více dopady, vyžadovalo by to nepravděpodobné preferenční bombardování severní polokoule. Je také nepravděpodobné, že by více nárazů dokázalo odstranit ejekt ze severní polokoule a rovnoměrně zbavit kůru do relativně konzistentní hloubky 3 km.
Mapování severních plání a hranice dichotomie ukazuje, že dichotomie kůry má eliptický tvar. To naznačuje, že vznik severních plání byl způsoben jediným šikmým mega nárazem. Tato hypotéza je v souladu s numerickými modely dopadů v rozmezí 30–60 °, u nichž se ukazuje, že vytvářejí eliptické hraniční pánve podobné struktuře identifikované na Marsu. Demagnetizace způsobená vysokým teplem spojeným s takovým dopadem může také sloužit k vysvětlení zjevného nedostatku magnetických anomálií v severních pláních. Vysvětluje také mladší povrchový věk severních plání, jak je stanoveno výrazně nižší hustotou kráteru. Celkově se zdá, že tato hypotéza dopadla lépe než ostatní, které byly navrženy.
Tektonické důsledky magnetických anomálií
Jižní vysočina Marsu zobrazuje zóny intenzivní magnetizace kůry . Tyto magnetické anomálie je slabý nebo chybí v okolí velkých impaktních kráterů, severních plání, a v sopečných oblastech, což naznačuje, že magnetizace v těchto oblastech byly vymazány teplotními událostmi. Přítomnost magnetických anomálií na Marsu naznačuje, že planeta si na začátku své historie udržovala vnitřní magnetické pole. Anomálie mají lineární tvar a střídavou polaritu, kterou někteří autoři interpretovali jako posloupnost obrácení a proces podobný šíření mořského dna. Pruhy jsou desetkrát širší než ty, které se nacházejí na Zemi, což naznačuje rychlejší šíření nebo pomalejší rychlost obrácení. Ačkoli nebylo identifikováno žádné rozšiřující centrum, mapa magnetických anomálií na Marsu ukazuje, že lineace jsou soustředné k jižnímu pólu.
Původ oblaku
K vysvětlení přítomnosti soustředných pruhů kolem jižního pólu Marsu byl navržen proces podobný šíření mořského dna. Proces je takový, že jeden velký plášťový oblak stoupající na jedné polokouli a downwelling na opačné polokouli. V takovém procesu by nová vytvořená kůra byla umístěna do soustředných kruhů šířících se radiálně z jediného bodu navíjení, což odpovídá vzoru pozorovanému na Marsu. Tento proces byl také vyvolán, aby pomohl vysvětlit marťanskou hemisférickou dichotomii.
Původ vniknutí hráze
Alternativní hypotéza tvrdí, že magnetické anomálie na Marsu jsou výsledkem postupných průniků hrází způsobených litosférickým rozšířením. Jak každý vniknutí hráze ochlazuje, získává termální magnetizaci z magnetického pole planety. Po sobě jdoucí hráze by byly magnetizovány ve stejném směru, dokud magnetické pole nezmění svoji polaritu, což povede k následným průnikům zaznamenávajícím opačný směr. Tyto periodické zvraty by vyžadovaly migraci hráze v průběhu času.
Nahromadění terranů
Další studie předpokládá proces konvergence kůry namísto generování a tvrdí, že magnetické lineace na Marsu se tvořily na okraji konvergentní desky srážkou a narůstáním terranů. Tato hypotéza naznačuje, že magnetické lineace na Marsu jsou analogické s pruhovanými magnetickými anomáliemi v severoamerické Kordillere na Zemi. Tyto pozemské anomálie mají podobnou geometrii a velikost jako ty, které byly zjištěny na Marsu, se šířkami 100–200 km.
Tektonické důsledky Valles Marineris
Nedávný výzkum tvrdí, že našel první silný důkaz pro deskovou tektonickou hranici na Marsu. Objev se týká rozsáhlé (> 2 000 km dlouhé a> 150 km uklouznuté) a poměrně úzké (<50 km široké) poruchové zóny úderu v systému koryta Valles Marineris , označované jako Ius-Melas- Coprates poruchová zóna (obr.7). Žlabový systém Valles Marineris, který je přes 4000 km dlouhý, 600 km široký a až 7 km hluboký, by se, pokud by byl umístěn na Zemi, rozšířil po celé Severní Americe.
Studie naznačuje, že zlomová zóna Ius-Melas-Coprates je levostranný transtenzionální systém podobný systému zlomové zóny Mrtvého moře na Zemi. Velikost posunu napříč zlomovou zónou se odhaduje na 150–160 km, jak naznačuje posunutý okraj staré nárazové nádrže. Pokud normalizujeme velikost skluzu na povrch planety, má zlomová oblast Ius-Melas-Coprates hodnotu posunutí podstatně větší, než je chyba Mrtvého moře, a o něco větší než chyba San Andreas . Nedostatek výrazné deformace na obou stranách zlomové zóny Ius-Melas-Coprates na vzdálenost 500 km naznačuje, že oblasti ohraničené chybou se chovají jako tuhé bloky. Tyto důkazy v zásadě poukazují na velký systém úderu a skluzu na hranici desky, v pozemských termínech známý jako chyba transformace .