Nykyään on selvää, että Mars on kylmä, kuiva ja geologisesti kuollut planeetta. Miljoonia vuosia sitten, kun se oli vielä nuori, planeetalla oli kuitenkin tiheämpi ilmapiiri ja pinnallaan oli nestemäistä vettä. Miljoonia vuosia sitten se kokenut myös huomattavan määrän vulkaanista aktiivisuutta, mikä johti sen massiivisten piirteiden muodostumiseen - kuten Olympus Mons, aurinkokunnan suurin tulivuori.
Viime aikoihin asti tutkijat ovat ymmärtäneet, että Marsin tulivuoren aktiivisuutta ovat vetäneet muut lähteet kuin tektoninen liike, josta planeetalla ei ole ollut miljardeja vuosia. Suoritettuaan tutkimuksen Marsin kivinäytteistä, tutkijaryhmä Yhdistyneestä kuningaskunnasta ja Yhdysvalloista päätteli, että eons sitten Mars on ollut vulkaanisesti aktiivisempi kuin aiemmin ajateltiin.
Heidän tutkimuksensa, jonka otsikko on ”Marsin pulssin ottaminen Plume-ruokailun tulivuoren kautta”, ilmestyi äskettäin tieteellisessä lehdessä Luontoviestintä. Skotlannin yliopistojen ympäristötutkimuskeskuksen (SUERC) ja Glasgow'n yliopiston maantieteellisten ja maatieteellisten korkeakoulujen tutkijan Benjamin Cohenin johdolla ryhmä analysoi Marsin vulkaanista menneisyyttä käyttämällä Marsin meteoriittien näytteitä.
Maapallolla suurin osa vulkanismista tapahtuu levytektonian seurauksena, jota vedetään konvektion avulla maan vaippaan. Mutta Marsilla suurin osa tulivuoren aktiivisuudesta on seurausta vaipan palloista, jotka ovat voimakkaasti lokalisoituja magman ylösnousemuksia, jotka nousevat vaipan syvältä. Tämä johtuu siitä, että Marsin pinta on pysynyt staattisena ja viileänä muutaman viimeisen miljardin vuoden ajan.
Tämän vuoksi Marsin tulivuoret (vaikka morfologiassa ovat samanlaisia kuin maan päällä olevat tulivuoret) kasvavat huomattavasti suurempiin kokoihin kuin maan päällä. Esimerkiksi Olympus Mons ei ole vain suurin kilpi tulivuori Marsilla, mutta suurin aurinkokunnassa. Ottaa huomioon, että maan korkein vuori - Mt. Everest - on 8 848 metriä (29,029 jalkaa), Olympus Mons on noin 22 km pitkä.
Tutkimuksensa vuoksi tohtori Cohen ja hänen kollegansa käyttivät radioskooppisia treffitekniikoita, joita käytetään yleisesti määrittämään tulivuorten ikä ja purkautumisaste maan päällä. Sellaisia tekniikoita ei kuitenkaan ole aikaisemmin käytetty Marsin kilpi- tulivuoriin. Tämän seurauksena ryhmän tutkimus Marsin meteoriittinäytteistä oli ensimmäinen yksityiskohtainen analyysi Marsin tulivuorten kasvunopeuksista.
Niiden tutkitut kuusi näytettä tunnetaan nakhliiteinä, Marsin meteoriittien luokana, joka muodostui basaltisesta magmasta noin 1,3 miljardia vuotta sitten. Ne tulivat maan päälle suunnilleen 11 miljoonaa vuotta sitten sen jälkeen kun heidät räjäytettiin Marsin edestä iskutoiminnalla. Tutkimalla Marsin meteoriitteja, ryhmä pystyi paljastamaan noin 90 miljoonan vuoden arvoisen uutta tietoa Marsin vulkaanisesta menneisyydestä.
Kuten tohtori Cohen selitti Glasgow'n yliopiston lehdistötiedotteessa:
"Tiedämme aikaisemmista tutkimuksista, että nakhlite-meteoriitit ovat tulivuoren kiviä, ja ikääntymistekniikoiden kehitys viime vuosina teki nakhlites-meistä täydelliset ehdokkaat auttamaan meitä oppimaan lisää Marsin tulivuoreista."
Ensimmäinen askel oli osoittaa, että kallionäytteet olivat todella Marsin alkuperää, minkä ryhmä vahvisti mittaamalla niiden altistumisen kosmogeeniselle säteilylle. Tämän perusteella he päättivät, että kivet karkotettiin Marsin pinnalta 11 miljoonaa vuotta sitten, todennäköisimmin Marsin pinnalle kohdistuvan törmäystapahtuman seurauksena. Sitten he sovelsivat tarkkuutta radioskooppista tekniikkaa, joka tunnetaan nimellä 40ar /39Ar treffit.
Tämä koostui jalokaasumassaspektromeerin käytöstä näytteisiin kertyneen argonin määrän mittaamiseksi, mikä on kaliumin luonnollisen radioaktiivisen hajoamisen seurausta. Tästä he pystyivät saamaan 90 miljoonan vuoden arvosta uutta tietoa Marsin pinnasta. Heidän analyysinsa tulokset osoittivat, että tulivuoren historiassa on merkittäviä eroja maan ja Marsin välillä. Kuten tohtori Cohen selitti:
”Huomasimme, että nakhliitit muodostuivat vähintään neljästä purkauksesta 90 miljoonan vuoden aikana. Tämä on erittäin pitkä aika tulivuorelle ja paljon pidempi kuin maanpäälliset tulivuoret, jotka ovat yleensä aktiivisia vain muutaman miljoonan vuoden ajan. Ja tämä vain naarmuttaa tulivuoren pintaa, koska iskulaatikko olisi karkaissut vain hyvin pienen määrän kiviä - tulivuoren on siis pitänyt olla aktiivinen paljon kauemmin. ”
Lisäksi joukkue pystyi myös kaventamaan, mitkä tulivuoret heidän kivinäytteensä olivat peräisin. NASA: n aiemmat tutkimukset paljastivat useita ehdokkaita mahdolliselle nakhlite-lähdekraatterille. Kuitenkin vain yksi sijainneista vastasi tuloksia tulivuorenpurkauksen iästä ja vaikutuksesta, joka olisi poistanut näytteet avaruuteen.
Tämä erityinen kraatteri (jota tällä hetkellä ei nimetä) sijaitsee Elysium Planitia -nimisen tulivuoren tasangolla, noin 900 km (560 mi) päässä Elysium Mons-tulivuoren huipusta - joka on 12,6 km (7,8 mi) pitkä. Se sijaitsee myös noin 2000 km (1243 mi) pohjoiseen, missä NASA Curiosity -reitti on tällä hetkellä. Kuten Cohen selitti, NASA: lla on upeasti yksityiskohtaisia satelliittikuvia kyseisestä kraatterista.
"Sen leveys on 6,5 km, ja se on säilyttänyt ejecta-roskasäteet", hän sanoi. ”Ja saimme nähdä useita vaakasuoria nauhoja kraatterin seinämillä - jotka osoittavat, että kivet muodostavat kerrokset, ja jokainen kerros tulkitaan erillisenä laavavirtauksena. Tämä tutkimus on pystynyt antamaan selkeämmän kuvan nakhlite-meteoriittien historiasta ja puolestaan aurinkokunnan suurimmista tulivuoreista. "
Jatkossa näytteen paluu ja miehitysmatkat Marsiin selkeyttävät tätä kuvaa entisestään. Koska Mars, kuten maapallo, on maanpäällinen planeetta, tietäen kaiken voitavan sen geologisesta historiasta parantaa lopulta ymmärrystämme siitä, kuinka aurinkokunnan kallioiset planeetat muodostuivat. Lyhyesti sanottuna, mitä enemmän tiedämme Marsin vulkaanisesta historiasta, sitä enemmän pystymme oppimaan aurinkokunnan muodostumisesta ja evoluutiosta.
