Ученые объяснили, почему на Марсе не так много минералов, как на Земле
Земля и Марс очень похожи, но и очень разные. Помимо прочего, ученые обнаружили, что Земля гораздо более богата минералами, чем Красная планета. Она содержит 6000 различных минералов. Напротив, на Марсе их всего 161. Это большая разница. Как это могло произойти?
Новая статья в журнале Geophysical Research-Planets указывает на несколько причин существования этой разницы. По мнению группы под руководством Роберта М. Хейзена из Научного института Карнеги, на минеральное разнообразие Земли повлияли как минимум два события: тектоника плит и возникновение жизни. На Марсе такого не наблюдалось, по крайней мере, насколько известно, и это может объяснить, почему на его поверхности так мало минералов.
Создание и формирование минералов в этих двух мирах началось еще до формирования Солнечной системы. Хейзен и другие подсчитали, что на тот момент их было около дюжины. Это были такие вещи, как алмаз и графит, карбиды, нитриды, оксиды и силикаты магния, вероятно, находящиеся в протосолнечной туманности.
В эпоху слияния планет в качестве строительных материалов были выбраны первичные ахондриты. Столкновения планетезималей вызвали дальнейшие изменения. Эволюция минералов на Земле и Марсе началась в этот период, начавшийся около 4,56 миллиардов лет назад. Во время того, что Хейзен и другие называют «Эрой переработки коры и мантии», миры прошли через фазы, когда доминировала изверженная (вулканическая) активность. Вполне вероятно, что это первые минералы на обеих планетах, кристаллизовавшиеся непосредственно из остывающей магмы. Гидротермальная деятельность, вероятно, также привела к появлению новых в обоих мирах. Далее последовали минералообразующие последовательности. Они создали гранит и другие породы.
Гидротермальная деятельность, вероятно, также привела к появлению множества новых минералов на каждой планете. Однако миллиарды лет назад массив Земли прошел через обширные стадии диверсификации с началом тектоники плит около 3 миллиардов лет назад и распространением жизни (которое началось около 3,8 миллиарда лет назад). Известно, что ни один из этих процессов не происходил на Марсе. Итак, два мира разошлись и пошли разными эволюционными путями.
Ученые отметили, что самые ранние минералы Марса образовались так же, как и на Земле. То есть они начинались как основные магматические породы. Со временем кристаллы, образовавшиеся в виде базальтовых магматических пород, проникли сквозь землю. Другие образовались в результате осаждения первичных минералов из воды (предположительно в морях и озерах), а также в результате гидротермальных процессов и процессов выветривания.
Гидротермальное минералообразование, вероятно, также было связано как с вулканическими флюидами, так и с активностью в зонах ударных разломов. Ударники врезались в планету, что создало зоны разломов и вызвало образование минералов. Оба вида деятельности, вероятно, вызвали значительную диверсификацию полезных ископаемых. В аннотации к статье говорится: «По крайней мере 65 таких первичных минералов были идентифицированы в ходе полетов на Марс и из марсианских метеоритов».
Приповерхностные процессы, связанные с взаимодействием воды и горных пород в озерах, океанах и ручьях, создали другие вторичные минералы Марса. Например, на Марсе существуют месторождения бора, которые, вероятно, присутствовали в грунтовых водах, которые когда-то текли в кратере Гейла.
Породы также подверглись окислению и восстановлению, химической обработке и другим изменениям, поскольку химические вещества были потеряны из исходных поверхностных материалов. Существуют также свидетельства метаморфических пород (тех, которые образовались при экстремальных давлениях и температурах), включая термический (предположительно вызванный вулканами, а также ударный) и ударный метаморфизм, удары молний и болидов. Однако, если из-под поверхности не проявится что-то удивительное, отсутствие тектоники плит на Марсе указывает на то, что это основной путь минералообразования на Красной планете.
Продолжающееся исследование Марса началось более полувека назад. Орбитальные аппараты, посадочные аппараты, картографы и марсоходы предоставляют наиболее убедительные доказательства топографии Марса и содержания элементов. Но у нас также есть марсианские метеориты, которые приземляются на Землю. Они раскрывают более подробную информацию «из первых рук» о камнях на Марсе. Во многом именно так ученые узнали как минимум о 161 подтвержденном или вероятном минерале на Красной планете. Они существуют в различных фазах, включая первичные магматические, осадочные и приповерхностные метаморфические породы. Конечно, наши знания в основном ограничиваются поверхностными породами. Образцов горных пород из-под поверхности пока не так много.
Хотя ранний Марс, вероятно, какое-то время был теплее и влажнее, на нем не наблюдалась такая же деятельность, которая сформировала огромное разнообразие минералов на Земле. Да, вулканизм на Марсе случился. Во-первых, мы видим доказательства в массиве вулканов. Да, на Марсе была вода, и она играла роль в переработке горных пород и минералов. Но здесь, дома, минеральное разнообразие также зависит от тектоники плит, вызывающей концентрацию элементов, и регионального метаморфизма (который, например, приводит к образованию гор).
И это еще до того, как мы доберемся до биоминерализации. Именно здесь живые организмы производят минералы. Подумайте об организмах, которые образуют оболочки или внутренние скелеты (например, наши кости). Или, в более широком смысле, рассмотрим известняк, который представляет собой карбонат кальция. Он может образовываться естественным путем, когда минералы кальцит и арагонит выпадают в осадок из воды. Однако известняк образуется, когда скопления кораллов и ракушек создают слои на морском дне. Со временем они затвердевают и превращаются в слои камня. Похоже, на Марсе этого не произошло.
Итак, вывод состоит в том, что образование минералов на Марсе и Земле шло разными путями после того, как начальные этапы формирования планет прошли. Хейзен и его команда предполагают, что, исходя из текущих знаний, общее количество марсианских минералов, вероятно, будет на порядок меньше, чем на Земле. Это основано на знании истории Марса. Основываясь на текущих наблюдениях и прошлых исследованиях, команда обнаружила на Марсе только 20 первичных и вторичных способов минералообразования. На Земле их как минимум 57, и это, вероятно, объясняет большие различия между обоими мирами.