Probíhal na povrchu Venuše explozivní vulkanismus?

Na Zemi, Marsu, Merkuru či našem Měsíci můžeme rozlišit dva základní druhy sopečné činnosti – efuzivní a explozivní. Zatímco během efuzivního vulkanismu se do okolí vylévá různé množství lávy, bez toho aniž by láva byla roztrhána na menší částice, tak v případě explozivního vulkanismu je láva naopak rozervána na velké množství milimetrových až centimetrových částic. Při efuzivním vulkanismu tak vznikají lávové proudy, rozsáhlé lávové pláně či štítové sopky, explozivní vulkanismus dává vzniknout různě mocným nezpevněným uloženinám sopečných hornin, tzv. pyroklastům. Při pohledu na povrch Venuše si můžeme povšimnout, že sopečné útvary vznikly téměř bez výjimky efuzivním vulkanismem – většinu útvarů totiž představují lávové proudy či štítové sopky. Naproti tomu doklady explozivního vulkanismu téměř chybí. Dlouho se proto vedly diskuse, jestli vůbec k němu kvůli vysokému atmosférickému tlaku panujícím na povrchu Venuše mohlo dojít. Nicméně objevené uloženiny pyroklastických hornin v oblasti Scathach Fluctus (volně ke stažení zde) a nové výsledky numerické studie naznačují, že možná nastal čas, abychom začali hledět na Venuši jako na další těleso, na kterém se explozivní vulkanismus odehrál.

Ghail_and_Wilson_2013

Snímek zachycuje povrch Venuše, na kterém se pravděpodobně nachází pyroklastické horniny tvořící pyroklastický proud Scathach Fluctus. Převzato z Ghail a Wilson (2013). Všechna práva vyhrazena.

Abychom si uvědomili, proč jsou tyto objevy tak převratné, musíme mít na paměti, že povrch této planety je vystaven obrovskému tlaku atmosféry. Atmosféra Venuše je velice hustá a tedy hmotná. Na povrch působí v průměru 90 krát silněji než atmosféra Země na zemský povrch. Na povrchu Venuše proto panuje tlak, který se přibližně rovná hydrostatickému tlaku v hloubce 1 km pod mořskou hladinou na Zemi. Za takových podmínek se na první pohled zdá nemožné, aby se vůbec sopečné plyny byly schopné z magmatu uvolnit a tím způsobit jeho trhání…

(Zde bych měl asi trochu odbočit a napsat pár slov pro dovysvětlení, co jsou to sopečné plyny a proč jsou pro trhání magmatu důležité. I když o magmatu většinou smýšlíme jako o tekuté tavenině, jedná se vlastně o směs tří fází. V magmatu jsou také zastoupeny pevné látky v podobě krystalů minerálů, ale i rozpuštěné plyny. Nejčastěji se jedná o vodní páru či oxid uhličitý, nicméně plynů je celá řada a obecně se nazývají jako sopečné plyny. Rozpuštěné plyny mají tendenci se z magmatu uvolňovat, jak se magma dostává blíže k povrchu. Za jejich uvolňování může pokles tlaku okolních hornin působících na magma. Pokles tlaku umožňuje, aby se začaly plyny slučovat a vytvářely malé bublinky. Tyto bublinky s dalším výstupem magmatu a poklesem tlaku rostou a vzájemně se slučují. Tím se dále zvětšují a jejich relativní zastoupení v magmatu stoupá. Když magma dosáhne povrchu, bublinky plynů mohou začít z magmatu unikat do okolního prostředí. Pokud je v magmatu bublinek více jak 70 až 80 %, způsobí roztrhání magmatu na drobné částečky, které unikající plyny nesou do okolí. Nicméně, k tomuto dochází jen tehdy, když na magma nepůsobí dostatečný okolní tlak. Pokud působí, bublinky v magmatu buď zůstanou, a nebo se uvolní do okolního prostředí bez rychlé expanze a tedy trhání magmatu. Vysoký okolní tlak totiž způsobí, že nikdy nedosáhnou velkých rozměrů a tedy kritického zastoupení v magmatu. Ale zpět k Venuši…)

Schématický obrázek trhání magmatu. Ve spodní části je tlak příliš velký na to, aby se sopečné plyny v magmatu uvolňovaly. Nicméně jak stoupá magma k povrchu, klesá tlak a bubliny se začínají tvořit, načež dále k povrchu roste jejich objem až zcela v magmatu dominují. Tehdy ho začnou trhat a vyhazovat do okolí. Zdroj „How volcanoes work: a 25 year perspective„. Všechna práva vyhrazena.

… Tlak atmosféry Venuše totiž vytváří situaci, kterou známe z dna pozemských oceánů. Zde je tlak vody tak velký, že se sopečný plyn nemůže z magmatu rychle vyloučit a magma se tak netrhá. Proto na mořském dně vznikají rozsáhlé sopečné pláně tvořené lávovými proudy. K tomu, aby sopečné plyny byly schopny přemoci tlak okolního prostředí, by totiž musely být v magmatu zastoupeny mnohem výrazněji. Magma (které nevzniklo v oblasti subdukce) na Zemi většinou obsahuje 0,2 až 0,8 % vodní páry a 0 až 0,25 ppm (částic na milión) oxidu uhličitého, což je dostatečné k tomu, aby na zemském povrchu došlo k trhání magmatu, jenže je to příliš málo k tomu, aby k tomu samému došlo kilometr pod mořskou hladinou. Nyní si představme, že magma s podobným zastoupením plynů dosáhlo povrchu Venuše. K čemu došlo? Správně tušíte, že k podobnému výsledku jako pod mořskou hladinou – magma se vlivem okolního tlaku atmosféry neodplynilo a nedošlo k jeho roztrhání. Vylilo se do okolí jako lávový proud. Aby došlo k trhání magmatu, muselo by magma být bohatší na sopečné plyny. A zde se nabízí otázka: jaké množství plynů by bylo potřeba k překonání tlaku atmosféry Venuše?

Na tuto otázku hledal odpověď vědecký tým pod vedením Martina Aireyho. Tým se snažil za pomoci numerického modelování určit podmínky, za kterých by teoreticky mohlo k trhání magmatu na Venuši dojít. Získané výsledky naznačují, že magma by muselo obsahovat alespoň 4,5 % vodní páry (či 3 % vodní páry doprovázené 3 % oxidu uhličitého). To vše za předpokladu, že by magma dosáhlo povrchu v oblasti hladiny nulové výšky (která je definována hodnotou poloměru planety 6051,8 km). Výsledky modelu navíc ukázaly, že potřebné množství plynu je výrazně závislé na výšce, kde k výstupu magmatu dojde. Rozdíl mezi nejvyšším a nejnižším místem je na Venuši sice pouhých 11 km, nicméně na této planetě je pokles či nárůst tlaku s výškou mnohem výraznější, než je tomu na Zemi. Pokud by totiž magma vystoupilo k povrchu v topograficky vyšší oblasti, například na vrcholku sopky Maat Mons, nejvyšší sopce Venuše a druhé nejvyšší hory této planety, potřebné množství plynu v magmatu by výrazně pokleslo. Stačilo by totiž, aby magma obsahovalo 2 % vodní páry, aby došlo k jeho trhání. A pokud by v magmatu bylo vodní páry 4,5 %, pravděpodobně by došlo dokonce ke vzniku sopečného mračna, tzv. plumy, tvořené expandujícími sopečnými plyny a úlomky magmatu. Tato pluma by pak mohla vystoupat až do výšky 15 km nad povrch planety a rozprostřít tak pyroklastický materiál do okolí sopky.

Zdá se tedy, že za určitých podmínek a v některých specifických oblastech (hlavně ve vyšších „nadmořských“ výškách) mohlo (či stále může) na Venuši k explozivnímu vulkanismu docházet. Pokud bychom tak chtěli v budoucnu objevit pozůstatky explozivního vulkanismu (či ho přímo sledovat takříkajíc v akci), měli bychom se po nich rozhlížet převážně ve vyšších „nadmořských“ výškách, kde dochází poměrně k významnému poklesu tlaku atmosféry. To totiž usnadňuje sopečným plynům únik z magmatu a jeho trhání. A proč jsme v těchto oblastech zatím důkazy explozivního vulkanismu nezaznamenali? Autoři studie nabízí jedno vysvětlení. Významnou roli pro vznik explozivního vulkanismu totiž hraje i šířka přívodní dráhy, po které magma k povrchu stoupá. Přitom platí, že čím je přívodní dráha menší, tím spíše v ní dojde k trhání magmatu. A malé přívodní dráhy s pyroklastickými horninami rozšířenými jen v jejich blízkém okolí mohou být pod detekční schopností radarových snímků pořízených sondou Magellan… Držme tedy palce návrhu na evropskou sondu EnVision, která je zrovna v hodnocení ESA. Ta by totiž na své palubě měla nést novou generaci radaru, který případně bude schopen spatřit povrch planety ve vysokém rozlišení…

Snímek zobrazuje změnu v rozlišení od dob radaru použitého na sondě Magellan (horní snímek) a moderních radarů na příkladu Islandu. Jak je vidět, současná technika umožňuje spatřit i malé detaily povrchu, které před tím byly zcela skryty. Zdroj: Decadal Survey White Paper, NASA, Volné dílo.

Pokud by se totiž ukázalo, že pyroklastické horniny jsou na povrchu Venuše hojněji rozšířeny, znamenalo by to, že bychom museli přehodnotit naše představy o této planetě. V současnosti na Venuši pohlížíme jako na těleso, jehož povrch vytváří převážně bazalt (čemuž odpovídají i měření sovětských sond Veněra), který byl chudý na sopečné plyny. Je ale tato představa správná? Uvidíme… Přibývající vědecké studie totiž naznačují, že možná nikoliv…

Napsat komentář