Jak staré jsou sopky na Marsu?

Když americká sonda Mariner 9 přiletěla k Marsu, v jeho atmosféře zrovna zuřila celoplanetární prachová bouře skrývající skutečnou tvář rudé planety. Jak ale bouře postupně utichala, nad prachovými mračny začal vystupovat vrcholek nejvyšší hory sluneční soustavy Olympus Mons. Tato hora představuje obrovskou štítovou sopku a jednalo se tak o první náznak toho, že povrch Marsu spoluvytvářela sopečná činnost. Po odeznění bouře jsme spatřili, že vulkanismus dokonce hrál roli zásadní. Vědce tak začalo zajímat, kdy vulkanismus začal, kdy skončil a jestli případně nemůže být Mars stále vulkanicky aktivní.

Dnes se může při pohledu na mapu Marsu každý přesvědčit (viz obrázek níže), že rozsáhlé oblasti Marsu pokrývá sopečný materiál. Ať už v podobě sopek, lávových proudů či pyroklastického materiálu. Nicméně tento sopečný materiál není na povrchu rozprostřen rovnoměrně.Většinou se nachází v oblasti Tharsis, v okolí sopky Elysium Mons, sopky Syrtis Major či v okolí staré impaktní pánve Hellas. Největší z nich je Tharsis ležící v oblasti rovníku na většině západní polokoule. A je to právě i Tharsis, která hostí nejenom již zmiňovaný Olympus Mons, ale i dalších 11 velkých sopek a několik stovek sopek menších. Ty obklopují rozsáhlé lávové pláně, které vytváří tisíce vzájemně se překrývajících lávových proudů o délce desítek až stovek kilometrů. Tato obrovská masa sopečných hornin (přibližně 3 x 108 km3 materiálu) dalo vzniknout na povrchu Marsu přes 5000 km široké vyboulenině vystupující nad okolní pláně do výšky okolo 7 km. Již z prvního pohledu je tak jasně patrné, že vytvořit takto rozsáhlé těleso muselo zabrat velké množství času.

Grott_et_al_2013_1

Mapa rozšíření sopečných útvarů na základě morfologických pozorování na povrchu Marsu. Upraveno z Grott a kolektiv (2013). Všechna práva vyhrazena.

Jak ale určit přesné stáří sopečné činnosti na Marsu? Samotné určování stáří útvarů na povrchu jiných těles sluneční soustavy je obtížný úkol, jelikož většinou postrádáme vzorky, které bychom mohly radiometricky datovat. Na Zemi, když chceme určit stáří horniny, tak odebereme vzorek, který následně vložíme do speciálního přístroje. S jeho pomocí jsme schopni srovnat množství určitého přirozeně se vyskytujícího radioaktivního izotopu s jeho produktem rozpadu při znalosti doby jeho rozpadové řady. Tím máme možnost poměrně přesně určit, kdy zkoumaná hornina vznikla. Co ale dělat v situaci, kdy vzorek z povrchu není k dispozici? Odpověď nabízí statistická metoda počítání množství impaktních kráterů na povrchu těles (ale o ní podrobně až někdy příště, to je téma na vlastní článek). Pro následující text bude stačit, když budete vědět, že vznik impaktního kráteru je otázka pravděpodobnosti. Na základě znalosti četnosti dopadů těles se dá odhadnout, jak stará je určitá geologická jednotka. Obecně platí, že čím méně je impaktních kráterů na určité ploše, tím je tato jednotka mladší. Taktéž, čím menší krátery se tam nachází, tím je jednotka mladší (vytvoření velkého kráteru je méně pravděpodobné než vytvoření menšího). Takže pokud chcete vědět přibližný věk nějakého útvaru na povrchu Marsu, stačí si sednout k počítač, vymapovat konkrétní zájmovou jednotku, spočítat všechny impaktní krátery a určit jejich velikost. Samozřejmě to nyní zní snadněji, než je tomu ve skutečnosti, ale to teď nevadí. Pro představu to postačí. Níže se můžete podívat na jeden případ „takto spočtené“ sopky.

Ukázka počítání impaktních kráterů na příkladu nízké štítové sopky na povrchu Marsu. Žlutou čárou je vyznačena jednotka, kde jsou impaktní krátery počítány. NASA/Context Camera (CTX)/upravil Chmee2, licence: Public Domain.

Z datování sopečné činnosti Marsu pak vyšlo najevo, že nejstarší sopečné povrchy dosahují stáří přibližně 4 až 3,7 miliard let. Většinou se jedná o oblasti na jižní polokouli, jako v případě sopek Hadriaca a Tyrhenna Montes ležících na okraji impaktní pánve Hellas. V těchto místech trval vulkanismus maximálně po miliardu let a pak ustal. Naproti tomu v oblastech Tharsis a Elysium můžeme sice také objevit velice staré povrchy, nicméně pouze v relativně malém rozsahu. Většinou jsou zde povrchy mnohem mladší. Sopečná činnosti v okolí sopky Elysium Mons se začala projevovat sice již před 3,9 miliardami let, ale následně zde probíhala přes více jak 3 miliardy let. To, že se v oblasti Elysium zachovaly záznamy o raném vulkanismu, svědčí o tom, že rychlost výstupu magmatu v čase musela být velice nízká. Kdyby nebyla, záznamy raného vulkanismu by byly zcela překryty mladší lávou a my bychom o nich neměli žádné pozorovatelné doklady. Že se tak nestalo naznačuje, že množství produkované lávy se v čase neustále zmenšovalo a že bylo na povrch uvolňováno v relativně malém množství. A kdy se zde vulkanismus odmlčel? Možná vás to překvapí, ale zdá se, že v malém rozsahu zde přetrvával až do doby před několika milióny let. To je z pohledu geologického času pracující se 4,5 miliardami let v podstatě včera.

Snímek sopky Ceraunius Tholus v oblasti Tharsis na povrchu Marsu. Svahy sopky ukazují množství velkých kráterů, obzvláště ve srovnání s okolními hladkými pláněmi. To naznačuje, že sopka samotná musí být starší, než okolní pláně. Zdroj: NASA, upravil Chmee2, licence: Public Domain.

V případě Tharsis musel vulkanismus začít před více jak 3,8 miliardami let, jelikož v té době došlo ke změně orientací údolí obklopující Tharsis, dále ke vzniku různých tektonických struktur a výzdvihu některých částí kůry. Všechny tyto změny jsou připočítávány na vrub vyboulení Tharsis, během kterého došlo k celoplanetárním změnám v topografii. Poté vulkanismus musel probíhat v podstatě po celou dobu historie planety, o čemž svědčí zachovalé lávové jednotky různého stáří. Při výzkumu 20 velkých sopek ležících v Tharsis a jejich sopečných kalder, velkých kráterů na vrcholcích sopek, vyšlo najevo, že zkoumané sopky měly několik epizod sopečné činnosti. Ve většině případů se poslední epizoda odehrála před méně než několika stovkami miliónů let. Ještě mladší jsou malé štítové sopky (v originále low shield volcanoes) hojně rozšířené v Tharsis mezi většími sopkami, kde jejich lávové proudy pokrývají velké oblasti. Tyto sopky pravděpodobně vznikly pouze před desítkami až prvními stovkami miliónů let a představují tak záchvěv nejmladšího široce rozšířeného vulkanismu na povrchu Marsu. A pokud chceme začít věřit, že vulkanismus na Marsu je stále možný, pak je dobré mít představu o výzkumu, který naznačuje, že některé lávové proudy na úbočí Olympus Mons jsou pouze 2 milióny let staré

Grott_et_al_2013_2

Obrázek shrnuje poznatky o stáří vulkanismu na povrchu Marsu pro jednotlivé sopečné oblasti. Dolní osa (v logaritmickém měřítku) ukazuje stáří v miliardách let založena na metodě počítání impaktních kráterů. Jak je patrné, sopečná činnost probíhala od ca 4,1 miliardy let až do „současnosti“. Nicméně během času docházelo k jejímu poklesu a k lokalizaci do dvou hlavních sopečných oblastí Elysium a Tharsis. Upraveno z Grott a kolektiv (2013). Všechna práva vyhrazena.

Nicméně při pohledu na velké množství dat je zřejmé, že Mars byl v počátku své historie mnohem více aktivní než v pozdější době. Současně s poklesem aktivity docházelo i k jeho lokalizaci do hlavních sopečných oblastí: Tharsis a Elysium. Zde vulkanismus vydržel až do nedávné geologické historie počítané na pouhé milióny let. Je tedy vlastně škoda, že lidstvo nevzniklo o chvíli dříve. Mohlo spatřit lávové proudy rozlévající se po povrchu Marsu. Popisovaný pokles v aktivitě ale nebyl zcela pozvolný, občas ho narušila epizoda výrazné sopečné aktivity pokrývající velké oblasti. Tím se ale postupně dostáváme k další důležité otázce, proč k této epizoditě vlastně docházelo? Co způsobilo, že se pod povrchem mohlo magma hromadit v čase? A pokud popustíme uzdu fantazii, nemůže nás podobná epizoda sopečné činnosti na Marsu ještě potkat v budoucnu? Toto jsou bohužel otázky, na které zatím neznáme odpovědi. Ale můžeme doufat, že nám americká sonda InSight (plánovaný start v roce 2016) nabídne vodítka, jak odpovědi nalézt. Jejím cílem je totiž s pomocí seismometru zodpovědět otázku, co se nachází pod povrchem Marsu a přiblížit nám tak poznání, jestli je Mars stále ještě dostatečně teplý, aby vulkanismus v budoucnu umožnil.

Napsat komentář