Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Топографическая карта Марса, показывающая границу нагорья и низменности, отмеченную желтым цветом, и возвышение Фарсиды, обведенное красным ( USGS , 2014). [1]

Считается, что, как и Земля , свойства коры и структура поверхности Марса эволюционировали с течением времени; другими словами, как и на Земле, тектонические процессы сформировали планету. Однако оба способа, которыми произошло это изменение, и свойства литосферы планеты сильно отличаются по сравнению с Землей. Сегодня считается, что Марс в основном тектонически неактивен. Однако данные наблюдений и их интерпретация предполагают, что в геологической истории Марса этого не было.

В масштабе всей планеты на поверхности видны две крупномасштабные физико-географические особенности. Первый заключается в том, что северное полушарие планеты намного ниже южного, и в последнее время оно было изменено на поверхность, что также подразумевает, что толщина земной коры под поверхностью отчетливо бимодальна. Эта особенность называется « полушарной дихотомией ». Второй - это подъём Фарсиды , массивная вулканическая провинция, на которую в прошлом Марса оказали сильное тектоническое влияние как в региональном, так и в глобальном масштабе. Исходя из этого, поверхность Марса часто делится на три основные физико-географические провинции , каждая из которых имеет свои геологические особенности.и тектонические характеристики: северные равнины, южные нагорья и плато Фарсида. Большое количество тектонических исследований Марса направлено на объяснение процессов, которые привели к разделению планеты на эти три провинции, и того, как возникли их различные характеристики. Гипотезы, предлагаемые для объяснения того, как могли произойти два основных тектонических события, обычно делятся на эндогенные (происходящие от самой планеты) и экзогенные (чуждые планете, например, удар метеорита) процессы. [2] Это различие встречается во всех исследованиях тектоники Марса.

В общем, у Марса нет однозначных доказательств того, что тектоника плит земного типа сформировала его поверхность. [3] Однако в некоторых местах с помощью орбитальных спутников были обнаружены магнитные аномалии в коре Марса, имеющие линейную форму и переменную полярность. Некоторые авторы утверждали, что они имеют общее происхождение с похожими полосами, обнаруженными на морском дне Земли , которые были приписаны постепенному образованию новой коры на расширяющихся срединно-океанических хребтах . [4] Другие авторы утверждали, что крупномасштабные зоны сдвиговых разломов могут быть идентифицированы на поверхности Марса (например, в долине Маринерис).желоб), который можно сравнить с трансформными разломами, ограничивающими платформу, на Земле, такими как разломы Сан-Андреас и Мертвое море . Эти наблюдения дают некоторое указание на то, что по крайней мере некоторые части Марса могли подвергаться тектонике плит глубоко в своем геологическом прошлом. [5]

Физико-географические провинции [ править ]

Южное нагорье [ править ]

Южное нагорье сильно изрезано кратерами и отделено от северных равнин глобальной дихотомической границей. [4] Сильные магнитные полосы с переменной полярностью проходят примерно на восток-запад в южном полушарии, концентрично с южным полюсом. [6] Эти магнитные аномалии обнаружены в горных породах, датируемых первыми 500 миллионами лет в истории Марса, что указывает на то, что собственное магнитное поле перестало существовать до начала эпохи Ноя . Магнитные аномалии на Марсе имеют ширину 200 км, что примерно в десять раз шире, чем на Земле. [6]

Северные равнины [ править ]

Северные равнины на несколько километров ниже по высоте, чем южные нагорья, и имеют гораздо меньшую плотность кратеров, что указывает на более молодой возраст поверхности. Однако считается, что нижележащая кора имеет тот же возраст, что и корка южного нагорья. В отличие от южного нагорья, магнитные аномалии на северных равнинах редкие и слабые. [2]

Плато Фарсида [ править ]

Геологическая карта региона вокруг плато Фарсида. Элементы растяжения и сжатия - например, грабены и морщины - нанесены на карту и видны на изображении. ( Геологическая служба США , 2014 г.). [1]

Тарсис плато, которое находится в высокогорном-равнинной границе, является повышенная область , которая охватывает примерно одну четверть планеты. На Фарсисе возвышаются крупнейшие щитовые вулканы, известные в Солнечной системе. Высота Олимпа составляет 24 км, а диаметр - почти 600 км. Прилегающая Тарсис Монтес состоит из Ascraeus , Павониса и Arsia . Альба Монс , расположенный на северной оконечности плато Фарсида, имеет диаметр 1500 км и возвышается на 6 км над окружающими равнинами. Для сравнения, Мауна-Лоа имеет ширину 120 км и возвышается на 9 км над уровнем моря. [4]

Нагрузка Фарсиды имела как региональные, так и глобальные влияния. [2] Экстенсиональные особенности, исходящие от Фарсиды, включают грабен шириной в несколько километров и глубиной в сотни метров, а также огромные впадины и перекаты шириной до 600 км и глубиной в несколько километров. Эти грабены и рифты ограничены круто падающими сбросами и могут простираться на расстояния до 4000 км. Их рельеф указывает на то, что они допускают небольшие удлинения, порядка 100 м или меньше. Утверждалось, что эти грабены представляют собой поверхностные выражения спущенных подповерхностных даек . [7]

По периметру Фарсиса расположены так называемые морщинистые гребни . [2] Это структуры сжатия, состоящие из линейных асимметричных хребтов, которые могут быть десятки километров в ширину и сотни километров в длину. Многие аспекты этих хребтов, по-видимому, согласуются с наземными особенностями сжатия, которые включают складчатость поверхности, перекрывающую слепые надвиговые разломы на глубине. [8] Морщинистые гребни, как полагают, допускают небольшие сокращения, порядка 100 м или меньше. Более крупные гребни и уступы также были обнаружены на Марсе. Эти объекты могут быть высотой в несколько километров (в отличие от сотен метров для морщинистых хребтов) и, как считается, представляют собой крупные надвиговые разломы литосферного масштаба. [9] Коэффициенты смещения для них в десять раз больше, чем у гребней морщин, с сокращением, по оценкам, от сотен метров до километров.

Примерно половина пространственных структур Марса сформировалась во время Ноя и с тех пор изменилась очень мало, что указывает на то, что тектоническая активность достигла пика на раннем этапе и со временем уменьшалась. Считается, что образование морщинистых гребней как вокруг Фарсиды, так и в восточном полушарии достигло своего пика в гесперианском периоде , вероятно, из-за глобального сжатия, связанного с охлаждением планеты. [2]

Дихотомия полушария [ править ]

Гипсометрия [ править ]

Гистограмма толщины земной коры в зависимости от площади на Марсе, адаптированная из Neumann et al., 2004. Дихотомия полушария отчетливо видна в двух пиках данных. [10]

Данные гравитации и топографии показывают, что толщина земной коры на Марсе разделена на два основных пика с модальной толщиной 32 км и 58 км в северном и южном полушариях, соответственно. [10] В региональном плане самая толстая кора связана с плато Фарсис, где толщина коры в некоторых областях превышает 80 км, и самая тонкая кора с ударными бассейнами. Основные ударные бассейны вместе составляют небольшой пик гистограммы от 5 до 20 км.

Происхождение полушарной дихотомии, отделяющей северные равнины от южных высокогорья, является предметом многочисленных споров. Важные наблюдения, которые следует учитывать при рассмотрении его происхождения, включают следующее: (1) северные равнины и южные возвышенности имеют разную толщину, (2) кора, лежащая под северными равнинами, по существу имеет тот же возраст, что и кора южных высокогорья, и (3) северные равнины, в отличие от южных высокогорья, содержат редкие и слабые магнитные аномалии. Как будет показано ниже, гипотезы формирования дихотомии в основном можно разделить на эндогенные и экзогенные процессы. [2]

Эндогенное происхождение [ править ]

Возможное тектоническое объяснение плит северных низменностей. Бореальная плита показана желтым цветом. Траншеи показаны зубчатыми линиями, гребни - двойными линиями, а трансформированные разломы - одиночными линиями, измененными из Sleep, 1994. [11]

Эндогенные гипотезы включают возможность очень ранней тектонической фазы плит на Марсе. [11] Такой сценарий предполагает, что кора северного полушария представляет собой реликтовую океаническую плиту. В предпочтительной реконструкции центр распространения простирался к северу от Терра Киммерия между Daedalia Planum и Isidis Planitia . По мере распространения, Бореальная плита разорвалась на плиту Ацидалия с погружением на юг, погружаясь под Аравию Терра , и плита Улисс с понижением на восток, погружаясь под Темпе Терра и Фарсис Монтес.. Согласно этой реконструкции, северные равнины были образованы одним спрединговым хребтом, а Фарсис Монтес квалифицировался как островная дуга . [4] Однако последующие исследования этой модели показывают общее отсутствие доказательств тектонизма и вулканизма в областях, где такая активность была первоначально предсказана. [12]

Другой эндогенный процесс, используемый для объяснения дихотомии полушарий, - это первичное фракционирование коры . [13] Этот процесс мог быть связан с формированием ядра Марса , которое произошло сразу после планетарной аккреции. Тем не менее, столь раннее происхождение полушарной дихотомии оспаривается тем фактом, что на северных равнинах были обнаружены лишь незначительные магнитные аномалии. [2]

Модель происхождения мантийного плюма для дихотомии полушария. Мантийная конвекция одиночного плюма порождает новую кору в южном полушарии с чередующимися полосами нормального и обратного остаточного магнетизма, по данным Vita-Finzi & Fortes, 2013. [4]

Мантийная конвекция одиночного плюма также использовалась для объяснения полушарной дихотомии. Этот процесс вызвал бы значительное плавление и образование коры над одним поднимающимся мантийным плюмом в южном полушарии, что привело бы к утолщению коры. Было также высказано предположение, что образование высоковязкого слоя расплава под утолщенной корой в южном полушарии могло привести к вращению литосферы. Это могло привести к миграции вулканически активных областей к границе дихотомии и последующему размещению и формированию плато Фарсида. Гипотеза единственного шлейфа также используется для объяснения наличия магнитных аномалий в южном полушарии и их отсутствия в северном полушарии. [14]

Экзогенное происхождение [ править ]

Экзогенные гипотезы предполагают одно или несколько крупных воздействий, ответственных за понижение северных равнин. Хотя была предложена причина множественных ударов [15], это потребовало бы невероятной преимущественной бомбардировки северного полушария. [2] Также маловероятно, что множественные столкновения могли бы привести к удалению выбросов из северного полушария и равномерному разделению земной коры до относительно постоянной глубины в 3 км.

Картирование северных равнин и границы дихотомии показывает, что дихотомия земной коры имеет эллиптическую форму. [16] Это говорит о том, что формирование северных равнин было вызвано одним косым мегаударом. Эта гипотеза согласуется с численными моделями столкновений в диапазоне 30-60 °, которые, как показано, образуют бассейны с эллиптическими границами, подобные структуре, обнаруженной на Марсе. [2] Размагничивание в результате высокой температуры, связанной с таким ударом, также может служить объяснением очевидного отсутствия магнитных аномалий на северных равнинах. Это также объясняет более молодой возраст поверхности северных равнин, что определяется значительно меньшей плотностью кратеров. В целом эта гипотеза выглядит лучше, чем другие предложенные.

Тектонические последствия магнитных аномалий [ править ]

Карта распределения магнитных аномалий земной коры на Марсе, любезно предоставлена НАСА , 2005 г.

Южные возвышенности Марса демонстрируют зоны интенсивной намагниченности земной коры . В магнитные аномалии являются слабыми или отсутствуют в непосредственной близости от крупных ударных бассейнов, на северных равнинах, и в вулканических районах, что указывает на намагниченность в этих областях были стерты тепловых событий. Присутствие магнитных аномалий на Марсе предполагает, что планета сохраняла собственное магнитное поле на ранних этапах своей истории. [2] Аномалии имеют линейную форму и переменную полярность, что некоторые авторы интерпретируют как последовательность инверсий и процесс, похожий на расширение морского дна. [4]Полосы в десять раз шире, чем на Земле, что указывает на более быстрое распространение или более медленную скорость обращения. Хотя центр распространения не был идентифицирован, карта магнитных аномалий на Марсе показывает, что эти линии концентричны к южному полюсу.

Происхождение мантийного плюма [ править ]

Процесс, похожий на растекание морского дна, был предложен для объяснения наличия концентрических полос вокруг южного полюса Марса. Это процесс, когда один большой мантийный шлейф поднимается в одном полушарии и опускается вниз в противоположном полушарии. В таком процессе образовавшаяся новая кора будет размещена в концентрических кругах, распространяющихся радиально от единственной точки апвеллинга, что соответствует картине, наблюдаемой на Марсе. Этот процесс также использовался для объяснения дихотомии марсианского полушария. [14]

Источник вторжения в дамбу [ править ]

Альтернативная гипотеза утверждает, что магнитные аномалии на Марсе являются результатом последовательных вторжений даек из-за расширения литосферы. По мере того, как каждая плотина остывает, она приобретает термоостаточную намагниченность магнитного поля планеты. Последовательные дайки будут намагничиваться в одном и том же направлении, пока магнитное поле не изменит свою полярность на противоположную, в результате чего последующие вторжения будут регистрировать противоположное направление. Эти периодические развороты потребуют, чтобы вторжения дамб с течением времени мигрировали. [17]

Аккреция террейнов [ править ]

Другое исследование предполагает процесс конвергенции земной коры вместо генерации, утверждая, что магнитные линии на Марсе сформировались на краю сходящейся плиты в результате столкновения и аккреции террейнов. Эта гипотеза предполагает, что магнитные линии на Марсе аналогичны полосатым магнитным аномалиям в Североамериканских Кордильерах на Земле. Эти земные аномалии имеют такую ​​же геометрию и размеры, что и обнаруженные на Марсе, шириной 100–200 км. [18]

Тектонические последствия Долины Маринера [ править ]

Спутниковые снимки системы желоба Валлес-Маринер, показывающие интерпретируемую крупномасштабную систему сдвиговых разломов, проходящую по всей ее длине. [5] Относительное движение разлома частично объясняется смещением края старого ударного бассейна. Изображение изменено научной группой NASA / MOLA.

Недавние исследования утверждают, что нашли первые убедительные доказательства существования тектонической границы плит на Марсе. [5] Открытие относится к крупномасштабной (> 2000 км в длину и> 150 км в сдвиге) и довольно узкой (<50 км в ширину) зоне сдвигового разлома в системе впадения Валлес Маринер , называемой Ius -Зона разлома Мелас-Копратес (рис. 7). Система желобов Valles Marineris, длина которой составляет более 4000 км, ширина 600 км и глубина до 7 км, если бы она была расположена на Земле, простиралась бы на всю территорию Северной Америки. [4]

Исследование указывает на то, что зона разлома Юс-Мелас-Копратес представляет собой лево-сдвижную транстенсиональную систему, аналогичную зоне разлома Мертвого моря на Земле. [5] Величина смещения зоны разлома оценивается в 150–160 км, на что указывает смещенная кромка старого ударного бассейна. Если нормализовать величину сдвига к площади поверхности планеты, зона разлома Юс-Мелас-Копратес имеет значение смещения, значительно превышающее величину смещения разлома Мертвого моря и немного больше, чем у разлома Сан-Андреас.. Отсутствие значительных деформаций по обе стороны от зоны разлома Юс-Мелас-Копратес на расстоянии 500 км предполагает, что области, ограниченные разломом, ведут себя как жесткие блоки. Это свидетельство, по существу, указывает на наличие большой системы сдвигов на границе плит, на земном языке известной как трансформный разлом . [5]

См. Также [ править ]

  • Земной магнетизм
  • Marsquake

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Танака, KL; Скиннер, JA; Dohm, JM; Ирвин III, RP; Колб, Э.Дж.; Фортеццо, CM; Platz, T .; Майкл, Г.Г.; Заяц, Т.М. (2014). «Геологическая карта Марса» . Карта научных исследований . USGS. DOI : 10.3133 / sim3292 .
  2. ^ a b c d e f g h i j Голомбек, депутат; Филлипс, Р.Дж. (2010). «Тектоника Марса». In Watters, TR; Шульц, РА (ред.). Планетарная тектоника . С. 183–232. DOI : 10.1017 / CBO9780511691645.006 . ISBN 9780511691645.
  3. ^ Карр, Майкл Х. (2006). Поверхность Марса . Кембриджская серия по планетологии . 6 . Издательство Кембриджского университета . п. 16. ISBN 0-521-87201-4.
  4. ^ a b c d e f g Vita-Finzi, C .; Фортес, AD (2013). Планетарная геология: Введение (2-е изд.). Эдинбург: Dunedin Academic Press .
  5. ^ а б в г д Инь, А. (2012). «Структурный анализ зоны разлома Valles Marineris: возможное свидетельство крупномасштабного сдвигового разлома на Марсе» . Литосфера . 4 (4): 286–330. Bibcode : 2012Lsphe ... 4..286Y . DOI : 10,1130 / L192.1 .
  6. ^ а б Коннерни, Дж. Э .; Acuña, MH; Василевски, П.Дж.; Ness, NF; Reme, H .; Mazelle, C .; Vignes, D .; Линь РП; Mitchell, DL; Клотье, Пенсильвания (1999). «Магнитные линии в древней коре Марса» . Наука . 284 (5415): 794–798. Bibcode : 1999Sci ... 284..794C . DOI : 10.1126 / science.284.5415.794 . PMID 10221909 . 
  7. ^ Wilson, L .; Глава III, JW (2002). «Системы Tharsis-Radial Graben как поверхностное проявление комплексов интрузий, связанных с плюмовыми дамбами: модели и последствия» (PDF) . Журнал геофизических исследований: планеты . 107 (E8): 5057–5080. Bibcode : 2002JGRE..107.5057W . DOI : 10.1029 / 2001JE001593 .
  8. Перейти ↑ Schultz, RA (2000). «Локализация нарушений проскальзывания и обратного надвига в плоскости подстилки над слепыми надвигами: ключи к морщинистой структуре гребня». Журнал геофизических исследований: планеты . 105 (E5): 12035–12052. Bibcode : 2000JGR ... 10512035S . DOI : 10.1029 / 1999JE001212 .
  9. ^ Танака, KL; Шульц, Р.А. (1994). "Износоустойчивые и надвиговые структуры литосферного масштаба на Марсе: Подъем Копратов и пояс хребта Южная Фарсида" . Журнал геофизических исследований: планеты . 99 (E4): 8371–8385. Bibcode : 1994JGR .... 99.8371S . DOI : 10.1029 / 94JE00277 .
  10. ^ а б Нейман, Джорджия; Zuber, MT; Вечорек, Массачусетс; Макговерн, П.Дж.; Lemoine, FG; Смит, DE (2004). "Структура земной коры Марса по гравитации и топографии" (PDF) . Журнал геофизических исследований: планеты . 109 (E8): E08002 – E08017. Bibcode : 2004JGRE..109.8002N . DOI : 10.1029 / 2004JE002262 .
  11. ^ a b Сон, NH (1994). «Марсианская тектоника плит» (PDF) . Журнал геофизических исследований: планеты . 99 (E3): 5639–5655. Bibcode : 1994JGR .... 99.5639S . DOI : 10.1029 / 94JE00216 .
  12. ^ Пруис, MJ; Танака, К.Л. (1995). «Марсианские северные равнины возникли не в результате тектоники плит» (PDF) . Лунно-планетный институт : 1147–1148.
  13. ^ Халлидей, АН ; Ли, Дер-Чуэн (1997). «Формирование ядра на Марсе и дифференцированные астероиды». Наука . 388 (6645): 854–857. DOI : 10,1038 / 42206 . ЛВП : 2027,42 / 62720 . S2CID 205030294 . 
  14. ^ a b Цитрон, RJ; Чжун, SJ (2012). "Ограничения на формирование дихотомии марсианской коры от остаточного магнетизма земной коры". Физика Земли и планетных недр . 212 : 55–63. Bibcode : 2012PEPI..212 ... 55C . DOI : 10.1016 / j.pepi.2012.09.008 .
  15. ^ Фрей, H .; Шульц, Р.А. (1988). «Большие ударные бассейны и происхождение мегавоздействия для дихотомии земной коры на Марсе». Письма о геофизических исследованиях . 15 (3): 229–232. Bibcode : 1988GeoRL..15..229F . DOI : 10.1029 / GL015i003p00229 .
  16. ^ Эндрюс-Ханна, JC; Банердт, ВБ; Зубер, MT (2008). «Бассейн Бореалис и происхождение дихотомии марсианской коры». Природа . 453 (7199): 1212–1215. Bibcode : 2008Natur.453.1212A . DOI : 10,1038 / природа07011 . PMID 18580944 . S2CID 1981671 .  
  17. ^ Ниммо, F. (2000). «Вторжение дамбы как возможная причина линейных марсианских магнитных аномалий». Геология . 28 (5): 391–394. DOI : 10.1130 / 0091-7613 (2000) 028 <0391: DIAAPC> 2.3.CO; 2 .
  18. ^ Fairén, A .; Ruiz, J .; Ангита, Ф. (2002). «Происхождение линейных магнитных аномалий на Марсе через аккрецию террейнов: последствия для синхронизации динамо». Икар . 160 (1): 220–223. Bibcode : 2002Icar..160..220F . DOI : 10.1006 / icar.2002.6942 .