Tegenwoordig is het algemeen bekend dat Mars een koude, droge en geologisch dode planeet is. Maar miljarden jaren geleden, toen het nog jong was, had de planeet een dichtere atmosfeer en had vloeibaar water op het oppervlak. Miljoenen jaren geleden ervoer het ook een aanzienlijke hoeveelheid vulkanische activiteit, wat resulteerde in de vorming van zijn enorme kenmerken - zoals Olympus Mons, de grootste vulkaan in het zonnestelsel.
Tot voor kort wisten wetenschappers dat de vulkanische activiteit van Mars wordt aangedreven door andere bronnen dan tektonische beweging, waar de planeet al miljarden jaren verstoken van is geweest. Na een studie van Martiaanse gesteentemonsters te hebben uitgevoerd, kwam een team van onderzoekers uit het VK en de Verenigde Staten tot de conclusie dat Mars eeuwen geleden vulkanischer was dan eerder werd gedacht.
Hun studie, getiteld "Taking the Pulse of Mars via Dating of a Plume-fed Volcano", verscheen onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications. Onder leiding van Benjamin Cohen, een onderzoeker bij het Environmental Research Centre (SUERC) van de Schotse Universiteiten en de School of Geographical and Earth Sciences aan de Universiteit van Glasgow, voerde het team een analyse uit van het vulkanische verleden van Mars met behulp van monsters van Mars-meteorieten.
Op aarde vindt het grootste deel van het vulkanisme plaats als gevolg van platentektoniek, die wordt aangedreven door convectie in de aardmantel. Maar op Mars is het merendeel van de vulkanische activiteit het resultaat van mantelpluimen, die sterk gelokaliseerde opwellingen van magma zijn die vanuit diep in de mantel opstijgen. Dit komt doordat het oppervlak van Mars de afgelopen paar miljard jaar statisch en koel is gebleven.
Hierdoor groeien Martiaanse vulkanen (hoewel vergelijkbaar in morfologie om vulkanen op aarde te beschermen), tot veel grotere maten dan die op aarde. Zo is Olympus Mons niet alleen de grootste schildvulkaan op Mars, maar ook de grootste in het zonnestelsel. Terwijl de hoogste berg ter wereld - Mt. Everest - is 8.848 m (29.029 ft) hoog, Olympus Mons is ongeveer 22 km (13.6 mi of 72.000 ft) hoog.
Omwille van hun studie gebruikten Dr. Cohen en zijn collega's radioscopische dateringstechnieken, die vaak worden gebruikt om de leeftijd en de uitbarstingssnelheid van vulkanen op aarde te bepalen. Dergelijke technieken zijn echter niet eerder gebruikt voor schildvulkanen op Mars. Als resultaat was de studie van het team van Mars-meteorietmonsters de eerste gedetailleerde analyse van groeisnelheden in Martiaanse vulkanen.
De zes monsters die ze hebben onderzocht, staan bekend als nakhlites, een klasse van Mars-meteoriet die ongeveer 1,3 miljard jaar geleden werd gevormd uit basaltisch magma. Deze kwamen ongeveer 11 miljoen jaar geleden naar de aarde nadat ze door een inslaggebeurtenis van het oppervlak van Mars waren gestraald. Door een analyse van Mars-meteorieten uit te voeren, kon het team ongeveer 90 miljoen jaar aan nieuwe informatie over het vulkanische verleden van Mars blootleggen.
Zoals Dr. Cohen uitlegde in een persbericht van de University of Glasgow:
"We weten uit eerdere studies dat de nakhliet-meteorieten vulkanisch gesteente zijn, en de ontwikkeling van technieken voor ouderdom in de afgelopen jaren maakte de nakhlieten tot perfecte kandidaten om ons te helpen meer te leren over vulkanen op Mars."
De eerste stap was om aan te tonen dat de gesteentemonsters inderdaad van Mars afkomstig waren, wat het team bevestigde door hun blootstelling aan kosmogene straling te meten. Hieruit hebben ze vastgesteld dat de rotsen 11 miljoen jaar geleden uit het oppervlak van Mars zijn verdreven, waarschijnlijk als gevolg van een inslag op het oppervlak van Mars. Vervolgens pasten ze een zeer nauwkeurige radioscopische techniek toe, bekend als 40Ar /39Ar dating.
Deze bestond uit het gebruik van een massaspectromomeer van edelgas om de hoeveelheid argon in de monsters te meten, wat het resultaat is van het natuurlijke radioactieve verval van kalium. Hieruit konden ze 90 miljoen jaar aan nieuwe informatie over het oppervlak van Mars halen. De resultaten van hun analyse gaven aan dat er aanzienlijke verschillen zijn in de vulkanische geschiedenis tussen de aarde en Mars. Zoals Dr. Cohen uitlegde:
'We ontdekten dat de nakhlites in de loop van 90 miljoen jaar zijn ontstaan uit minstens vier uitbarstingen. Dit is een zeer lange tijd voor een vulkaan en veel langer dan de duur van terrestrische vulkanen, die doorgaans maar een paar miljoen jaar actief zijn. En dit is slechts het oppervlak van de vulkaan aan het krassen, aangezien er slechts een zeer kleine hoeveelheid steen zou zijn uitgeworpen door de inslagkrater - dus de vulkaan moet veel langer actief zijn geweest. ”
Bovendien kon het team ook bepalen uit welke vulkanen hun gesteentemonsters kwamen. Eerdere studies uitgevoerd door NASA onthulden verschillende kandidaten voor de mogelijke nakhlite-bronkrater. Slechts één van de locaties kwam echter overeen met hun resultaten wat betreft de leeftijd van de vulkaanuitbarstingen en de impact die de monsters in de ruimte zou hebben uitgeworpen.
Deze specifieke krater (die momenteel geen naam heeft) bevindt zich in de vulkanische vlaktes die bekend staan als Elysium Planitia, ongeveer 900 km (560 mijl) verwijderd van de top van de Elysium Mons-vulkaan - die 12,6 km (7,8 mijl) hoog is. Het is ook gelegen op ongeveer 2000 km (1243 mijl) ten noorden van waar de NASA Curiosity-rover zich momenteel bevindt. Zoals Cohen uitlegde, heeft NASA een aantal prachtig gedetailleerde satellietbeelden van deze specifieke krater.
"Het is 6,5 km breed en heeft ejecta-stralen van puin bewaard", zei hij. “En we waren in staat om meerdere horizontale banden op de kraterwanden te zien - die aangeven dat de rotsen lagen vormen, waarbij elke laag wordt geïnterpreteerd als een afzonderlijke lavastroom. Deze studie heeft een duidelijker beeld kunnen geven van de geschiedenis van de nakhlite-meteorieten en daarmee van de grootste vulkanen in het zonnestelsel. ”
In de toekomst zullen monsterretour- en bemande missies naar Mars dit beeld zeker nog duidelijker maken. Aangezien Mars, net als de aarde, een terrestrische planeet is, zal alles wat we kunnen weten over de geologische geschiedenis ervan uiteindelijk ons begrip verbeteren van hoe de rotsachtige planeten van het zonnestelsel zijn gevormd. Kortom, hoe meer we weten over de vulkanische geschiedenis van Mars, hoe meer we zullen kunnen leren over de vorming en evolutie van het zonnestelsel.
