Istnieją wulkany, zdolne do erupcji tak potężnych, że wyrzucone w ich czasie w niebo całe oceany pyłów i toksycznych gazów blokują światło słoneczne i zmieniają klimat planety na dziesięciolecia. Badając jeden z północnych regionów Marsa nazywany Arabia Terra, naukowcy odnaleźli dowody na tysiące właśnie takich erupcji. Rozdzierały one powierzchnię planety przed okres trwający 500 milionów lat, około 4 miliardy lat temu.

„Każda erupcja miałaby znaczący wpływ na klimat – być może gaz wyrzucony w powietrze zagęścił atmosferę albo zablokował światło słoneczne i ochłodził ją.”, powiedział Patrick Whelley z Centrum Lotów Kosmicznych im. Roberta H. Goddarda, NASA, prowadzący badania regionu Arabia Terra. „Pozostało jeszcze wiele pracy do wykonania, żebyśmy mogli dokładnie zrozumieć wpływ wulkanów.”

Na fotografii prowadzący badania terenu Arabia Terra Patrick Whelley, przygotowujący się do badania laserowego w miejscu wybuchu wulkanu Askja; Islandia, 2 sierpnia 2019.

Do podobnej erupcji zdolny jest tylko jeden typ wulkanu, tak zwany superwulkan. Podczas wybuchu może wyrzucić tyle stopionej skały i gazów, ile zmieściło by się jej w 400 milionach basenów olimpijskich. Nawet tysiące kilometrów dalej powierzchnię pokrywa opadający po wybuchu wulkaniczny pył. Kiedy erupcja dobiegnie końca, wulkan zapada się pod własnym ciężarem, tworząc zagłębienie o promieniu liczonym w kilometrach – kalderę. Siedem z nich, znalezionych w regionie Arabia Terra, było pierwszymi wskazówkami na to, że Mars doświadczył w przeszłości wybuchów superwulkanów. Kaldery te były wcześniej uważane za kratery pozostawione przed asteroidy. Dopiero w 2013 roku została zaproponowana teoria, według której miały być one pozostałościami po dawnych wulkanach. Naukowcy, którzy prowadzili to badanie zauważyli, że zagłębienia nie są dokładnie okrągłe, jak kratery uderzeniowe powinny być, a w dodatku na ich krawędziach są ślady po zapadnięciu się gruntu.

„Przeczytaliśmy artykuł o tym badaniu i byliśmy zainteresowani jego kontynuacją, ale zamiast szukać samych wulkanów, postanowiliśmy szukać popiołu, który jest dowodem ich istnienia.”, powiedział Whelley.

Pomysł na poszukiwanie popiołu Whelley i reszta grupy powzięła po spotkaniu z Alexandrą Matiellą Novak, wulkanolożki z John Hopkins Applied Physics Laboratory w Laurel, Maryland. Novak już wcześniej używała danych pochodzących od sondy NASA Mars Reconnaissance Orbiter, by szukać popiołu w innych miejscach na Marsie. W nowym badaniu połączyła swoje siły z Whelleyem i jego grupą, żeby przeszukać konkretnie region Arabia Terra.

Jedna grupa naukowców kontynuowała pracę rozpoczętą w poprzednim badaniu, które jako pierwsze zasugerowało wulkaniczne pochodzenie kalder. Druga grupa, przy założeniu, że zagłębienia rzeczywiście są kalderami, obliczyła, gdzie po erupcjach osiadłby pył i popiół. Zgodnie z ich obliczeniami powinien opaść na wschód, niesiony przez wiatr, a im dalej od kalder, tym jego warstwa byłaby cieńsza.

„W tym momencie powiedzieliśmy sobie »Dobrze, to są minerały związane z pyłem wulkanicznym, co zostało już udowodnione, a teraz zobaczymy, czy ich rozmieszczenie jest zgodne z tym, czego spodziewalibyśmy się po erupcjach superwulkanów.«”, powiedziała Novak.

Arabia Terra i jej kratery: większość z nich wypełniona jest warstwami skał, których jasne krawędzie nadają zboczom wygląd schodów. Proces, który doprowadził do ich powstania, nie jest jeszcze zrozumiany. Możliwe, że stworzył je nawiewany przez wiatr piasek lub pył wulkaniczny, ale mogły również zostać wyrzeźbione przez wodę, gdyby w kraterze było kiedyś jezioro.

Za pomocą obrazów ze spektrometru na pokładzie sondy Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) grupa zidentyfikowała minerały na powierzchni planety. Patrząc na ściany kanionów i kraterów, odległych o setki czy nawet tysiące kilometrów od kalder, gdzie pył mógłby zostać przyniesiony z wiatrem, odnaleźli zmienione przez wodę w glinę minerały wulkaniczne, których się spodziewali, w tym montmorylonit czy allofan. Następnie, używając kamer MRO, grupa stworzyła trójwymiarową mapę regionu Arabia Terra. Po nałożeniu na nią danych na temat minerałów okazało się, że warstwy pyłu bogatego w związki wulkanicznego pochodzenia są bardzo dobrze zachowane – nie zniszczone przez wiatr ani wodę, były ułożone tak, jak gdyby powstały dopiero niedawno. Ponadto pasowały do wyników wcześniejszych obliczeń.

Ci sami naukowcy, którzy w 2013 roku po raz pierwszy zidentyfikowali kaldery na Marsie, obliczyli też, ile materiału mogłoby pochodzić z jednej erupcji, wnioskując z wielkości każdej kaldery. Dzięki tym danym Whelley razem z pozostałymi naukowcami mogli określić, ile erupcji musiało mieć miejsce, żeby pył, który znaleźli, uzyskał grubość, jaką zobaczyli na zdjęciach. Okazało się, Arabia Terra musiała doświadczyć tysięcy erupcji.

Pytaniem bez odpowiedzi pozostaje wciąż kwestia tego, jak to możliwe, że na planecie w jednym miejscu pojawia się tylko konkretny typ wulkanów. Na Ziemi również istnieją superwulkany zdolne do niezwykle potężnych erupcji – ostania z nich miała miejsce 76 tysięcy lat temu, na Sumatrze – jednak są one rozproszone po całej planecie i towarzyszą im inne rodzaje wulkanów. Nawet na Marsie superwulkany nie są jedynym typem wulkanów – przykładem może być największy wulkan i najwyższa góra Układu Słonecznego, Olympus Mons, który jest wulkanem tarczowym. Ten typ wulkanu charakteryzuje się niemal płaskimi zboczami, po których w czasie erupcji powoli spływa lawa. Arabia Terra to, póki co, jedyny region Marsa, w którym znalezione zostały dowody na istnienie zdolnych do eksplozji wulkanów.

Jest możliwe, że na Ziemi również superwulkany były na początku skupione w jednym miejscu, ale zostały zniszczone lub przeniesione w inne części planety, kiedy przemieszczały się kontynenty. Ten typ wulkanów może również istnieć w niektórych regionach księżyca Jowisza, Io albo na powierzchni Venus. Jednak bez względu na to, czy tak rzeczywiście jest, dane zdobyte podczas badań regionu Arabia Terra na Marsie mogą nauczyć nas czegoś nowego na temat procesów geologicznych kształtujących planety. Jacob Richardson, geolog z NASA, współpracujący z Novak i Whelleyem stwierdził, że chęć znalezienia odpowiedzi na te pytania będzie przyczyną kolejnych badań.

Autor

Matylda Kołomyjec