A Mars fejlődéstörténete

A Mars fejlődéstörténete Mars-kutatás speciális kollégium

Kereszturi Ákos Collegium Budapest, Magyar Csillagászati Egyesület Nagy Károly Csillagászati Közhasznú Alapítvány [email protected]

Kereszturi Ákos: A Mars fejlődéstörténete, ELTE TTK Mars-kutatás speciális kollégium

Felhasznált adatok Mai állapotok: • bolygó tömege, sűrűsége, radioaktív hőforrások mennyisége • helyzet a Naprendszerben: összetétele Föld-típusú kőzetbolygóra jellemző • felszínformák: • maitól eltérő kráterkeletkezési ráta • maitól eltérő vulkáni aktivitás • maitól eltérő paleoklíma (folyékony víz nyomai) • légköri izotóparányok • légkörvesztés: vastagabb kezdeti atmoszféra Mars korai állapotának modelljei: • elemek kiválási sorrendje a Naptól távolodva (földinél kicsit több S, O, H2O) • bolygófejlődés, hőtörténet • korai Naprendszer bombázási viszonyai


Felhasznált adatok Bolygófelszín korbecslési módszerei • kráterek •kráterképződés időbeli változása: 1. sok nagy (>100 km) és kis kráter képződése 2. csak kis kráterek képződése 3. nagyon kevés kis kráter képződése • kráterek: relatív korbecslésre • relatív korok abszolutizálása: • ha ismerjük a becsapódási ráta időbeli változását • ha van in-situ koradat (csak a Holdra holdi korok kiterjesztése Marsra) • marsmeteoritok • abszolút korbecslés izotópvizsgálatokkal • kb. 30 marsmeteorit egyet kivéve 1,3 milliárd évnél fiatalabb (középső-és késő Amazonian) • kivétel az ALH84001: kb. 4,5 milliárd éves


Fejlődést befolyásoló tényezők Belső aktivitás (hőtermelés, mozgások): • csökkenő csökkenő belső eredetű felszíni aktivitás • 4 milliárd éve a geotermikus gradiens 45-ször nagyobb lehetett, mint ma Becsapódások szerepe: • kialakuló kráter forró, jeget olvaszt • visszahulló forró törmelék jeget olvaszt • felszín alatti víz cirkulációt generál • növeli a légkör gázmennyiségét Pályaelem változások: • beeső napsugárzás tér- és időbeli eloszlása • kvázi-periodikus változások Kibocsátott sugárzás változása: • ősnap keletkezése után mai sugárzásnak kb. 70%-át produkálta, azóta növekszik Kereszturi Kereszturi Ákos: AÁkos: Mars Afejlődéstörténete, Mars fejlődéstörténete, ELTE TTK ELTE Regionális TTK Mars-kutatás bolygótudomány speciális speciális kollégium kollégium

Fejlődést befolyásoló tényezők Tömeg, mint a hűlés felé ható tényező: • gyenge gravitációs tér légkör elszökés gyengülő üvegházhatás • gyengülő belső aktivitás kevesebb juvenilis vulkáni gáz ritkább jég olvasztás gyengülő anyag recirkuláció • leálló mágneses dinamó napszél légkört erodálja légkör elszökés


Fejlődéstörténet kronológiája Három nagy időszak, eltérő kráterezettség alapján: • Noachian: névadó Noachis-régió, 15-83S 40-300W • Hesperian: névadó Hesperia-planum, 10-35N 242-258W • Amazonian: névadó Amazonia-planitia, 0-40N 140-168W • kráterezettség alapján lehatárolt, pontos abszolút kor nem ismert


Fejlődéstörténet kronológiája Noachian: • Mars felszínének 40%-a ilyen korú • differenciáció, kéreg keletkezése, mag képződése: kezdeti 50 millió évben (nem maradt kráter ebből az időszakból) • északi mélyföldek kialakulása (domborzati adatok alapján nem becsapódásos, hanem belső eredetű) • nagy bombázási időszak a Naprendszerben, legnagyobb kráterek jó része eltemetett (QCD – Quasi Circular Depression), északi mélyföldek területén is


Fejlődéstörténet kronológiája Noachian: • globális kőzetburok szétterülés • normál/reverz mágnesezettségű sávok • egyetlen hasadék rendszer? • ranszform vetők nyoma • Ascreus, Arsia, Pavonis forró folt vulkanizmus? • szubdukció nyoma nem látszik • mágneses dinamó leállása: 3,9-3,7 milliárd éve • geotermikus hőforrásoktól hidrotermális cirkuláció több km mélységig • erózió: a déli felföldek idős területein kb. 1 km vastag felszíni réteg lepusztulása (folyóvízi erózió) • Noachian után 5-6 nagyságrenddel kisebb eróziós ráták


Fejlődéstörténet kronológiája Hesperian: • mai vulkáni síkságok többsége, lávagerincekkel • forrásaik (hasadékvulkánok) ma már nem látszanak Globális hűlés + légkör illószállítása: • délre vándorlás + olvadás felszín alatti vízkészlet növekedése instabil hidraulikai helyzet • globális hűlés süllyedő olvadási izoterma felülről lefelé vastagodó krioszféra zárt felszín alatti víztározó • víz feltörések áradások • forrásrégiók késő Hesperian – korai Amazonian közt 2 km-t süllyedtek Késő Hesperian: • Vastitas Borealis Formáció vékony, kb. 100 m vastag üledékes borítás a lávákon


Fejlődéstörténet kronológiája Amazonian: • ma látható központos vulkánok jelentős részén gyenge aktivitás • gyengülő vízfeltörések • északi síkságok részleges feltöltése


Fejlődéstörténet kronológiája Amazonian: • kezdeti jégsapka nélküli időszak? • poligonális marstalajok • gleccserszerű formák mozgása • glaciális lerakódások a Tharsis vulkánoktól NyÉNy-ra • mai pólussapkák keletkezése (É: 103, D: 106 éve) (Fishbaugh, Head 2001)


Fejlődéstörténet kronológiája Korok abszolút datálása: • Noachian: 4,5-3,7 milliárd éve • Hesperian: 3,8-3,0 milliárd éve • Amazonian: 3,0(1,8)-0 milliárd éve


Alternatív kronológia Phyllocian (4,5-4,0 milliárd év) • agyagok, filloszilikátok • alkáli vizes környezet Theiikian (4,0-3,5 milliárd éve) • szulfátok • vulkanizmus • savas, hideg felszíni vizek Siderikan (3,5-0,0 milliárd éve) • vas oxidáció, peroxidok képződése • vas-oxid nem víztől ? • vulkanizmus és folyékony víz alig

Mawrth Valles agyagok (OMEGA)


Alternatív kronológia

Vulkáni időszakok (Neukum et al. 2008)

3,7 Noachian

3,0 Hesperian

(1,8) Amazonian


Konkrét képződmények és események „Moduláris” kronológia • abszolút kronológia gyenge • távoli felszínformák relatív korbesorolása sem elég jó egyes felszínformák közti kapcsolat nem teljesen tiszta nagyobb egységek önmagukban jól tanulmányozhatók, de kapcsolatuk nem egyértelmű A fejlődés szempontjából fontos képződmények („modulok”): • Tharsis-hátság • Valles Marineris • áradásos csatornák • Déli jégsapka – Argyre – Margaritifer vízrendszer


Tharsis-hátság • felszín kb. 25%-a • Tharsis és a korai melegebb klíma egyidős • Noachian vulkanitok térfogata itt 108 km3, ez a magma 2m/m%-os víztartalománál globálisan 120 m-es vízborítást ad, a magma 0,65 m/m%-os CO2 tartalománál 1,5 bar légnyomást ad • vulkanizmus és tektonikus aktivitás centruma • kialakulása észak-déli aszimmetria keletkezése után • kialakulása a legtöbb idős hálózatos csatorna keletkezése előtt (folyásirányok alapján) Vulkáni aktivitás kapcsolata egyéb változásokkal: • H2O, CO2 kibocsátás • vulkanitok jég olvasztása: laharok (Elysium folyásnyomok) • káoszterület képződés, áradás (Tharsis, Hellas, (Elysium?))


Felszíni víz előfordulása Óceáni időszakok: • bolygófejlődési modellek • partvonalnyomok • nem teljesen azonos magasságban változó vízszint, több vizes időszak


Krioszféra Felszín alatti jég + kőzetek: • mechanikailag kötött H2O • adszorbeált H2O, CO2 • kémiailag kötött H2O • kémiailag kötött CO2 • H2O egyenérték: 50-200 m Krioszféra képződése • diffúzió a légkör felől • diffúzió a mélyből (juvenilis)


Krioszféra Krioszféra növekedése: • hideg kifagyás Krioszféra csökkenése: • szublimációs kiszáradás: • egyenlítőn talajjég tükör 100200 m mélyen • 35 -on 10 m mélyen • 40-50° felett felszín közelében


Déli jégsapka-Argyre-Margaritifer vízrendszer • déli pólussapka hízása • alsó olvasdékvizet regolit nem tudja elvezetni • vízkifolyás a pólussapka alól (eskerek) • Dorsa Argentea Fm.

• Hellas felé magaslatok, Argyrebe folyt • Argyre felé Charitum Montesbe folyóvölgyek bevágódás • D: Surius-, Dzigai K: Palacopa Valles • D-Argyre: hordaléklerakódás • Argyre túlcsordult É felé: Nia, Uzboi, Meridiani Valles • elvégződés: Meridiani-partvonal (óceán?) Kereszturi Ákos: A Mars fejlődéstörténete, ELTE TTK Mars-kutatás speciális kollégium

MEGAOUTFLO elmélet Mars Episodic Glacial Atmospheric Oceanic Upwelling by Thermotectonic Flood Outburst


Klíma kilengések Éghajlatváltozások felé ható tényezők: - belső eredetű kényszerek (vulkanizmus) - visszacsatolási mechanizmusok (éghajlat) - pályaelem változások Összetett jelleg, nehezen modellezhető. Fontos tényezők: • légkör mennyisége (üvegházhatás, illó szállítás) • légköri aeroszolok és páratartalom (felhőképződés) • felszíni albedo (por és jég eloszlása) • besugárzás változása


Klíma kilengések Pályaelem változások: • forgástengely ferdesége 5 -45 (50 ) • beeső napenergia változása • illók szélességi migrációja • légkör gázmennyisége változik • excentricitás 0-0,12 között ingadozik • évszakok aszimmetriája • apszisvonal körbefordul • észak-déli aszimmetria cserélődése Forgástengely helyzete a múltban: • elmúlt 1-4 millió évben 35 is • elmúlt 10 millió évben 40 is


Klíma kilengések Következmények: • 40 fok felett nincs stabil állandó pólussapka • 54 fok felett a pólusok kumulatíve több besugárzást kapnak, mint az egyenlítő • váltás a pólussapkáról annak hiányára éles, ugrásszerű Pólussapkák: • globális hűlés, elsőként vízjég, később erre szén-dioxidjég • ma: északon csak évszakos szén-dioxid fedő, délen kb. 2 méter vastag állandó széndioxidég fedő

Lehetséges állapotok: • kis tengelyferdeségnél állandó, kétrétegű pólussapka • nagy tengelyferdeség csak vízég sapka • még nagyobb tengelyferdeségnél az is eltűnhet Kereszturi Ákos: A Mars fejlődéstörténete, ELTE TTK Mars-kutatás speciális kollégium

Klíma kilengések Visszacsatolási mechanizmusok • jég – albedo – hőmérséklet hurok

• felszínen vízjég terjed kevesebb a légköri por por nem rakódik a jégre nem csökkenti annak albedoját nem szublimál el hűlés, légköri folyamatok gyengülnek • kiterjedő fagyborítás légkörzés jeget szublimációval elszállítja (ma: alacsony szélességről magasabb szélesség felé) csökken az albedo jobban melegszik a felszín több por kerül az atmoszférába melegedés • pólussapkára rakódó por albedo csökken sapka elszublimál sapka nélküli meleg időszak erősödő H2O cirkuláció kiterjedő H2O jég „légkör összeomlás” Kereszturi Ákos: A Mars fejlődéstörténete, ELTE TTK Mars-kutatás speciális kollégium

Klíma kilengések nyomai Hosszabb időtartamú (globális hűlés): • idős vízfolyásnyomok • ősi óceán partvonalnyomai • idős domborzat nagy eróziós rátái Fiatalabb, átmeneti meleg időszakok (elsődlegesen belső folyamatok): • tó- és vízfolyásnyomok • mállási kérgek? Kváziperiodikus pályaelem változások: • poláris réteges üledékek • dűnemezők • sárfolyások • „felkent” és „fedő” üledékek • hegylábfelszínek • periglaciális poligonok Kereszturi Ákos: A Mars fejlődéstörténete, ELTE TTK Mars-kutatás speciális kollégium

Klíma kilengések „Felkent” és „fedő” üledékek • két féltekén • közepes és magas szélességen • sima felszínű, pusztuló és szakadozott réteg • méter vastag • jég cementálta por • elmúlt 1-2 millió évben jött létre Keletkezés: • 30 foknál ferdébb forgástengely • jég egyenlítő felé húzódik • erősödő szelek több por rakódik le a jéggel • jéggel cementált üledéktakarók • 30-50 ezer év alatt több méter is Megszűnés: • tengelyferdeség csökken • jég pólus felé húzódik • 30-60 fokos szélességi zóna üledéke szárad, pusztul Kereszturi Ákos: A Mars fejlődéstörténete, ELTE TTK Mars-kutatás speciális kollégium

Ősnap paradoxon Noachian meleg klíma nyomai + halvány ősnap (L=70%)

ellentét

Paradoxon lehetséges megoldásai: • belső eredetű fűtés • üvegházhatás • probléma: sok CO2 felhőket is okoz csökkentik az albedot • nehezen modellezhető, CO2 felhők fűtő/hűtő hatása erősen függ az aeroszolok szemcseméretétől • mégsem volt olyan meleg: • fontos a belső fűtés • becsapódások visszahulló forró törmeléke


Fejlődéstörténet legfontosabb folyamatai • gyengülő vulkanotektonikus aktivitás • kifagyó és ritkuló légkör • csökkenő hőforrások (ritkuló légkör, csökkenő geotermikus hő) • fagyott H2O arányának növekedése • gyengülő vizes aktivitás • élénk éghajlati változások


Fejlődéstörténet kéreg, mag, É/D aszimmetria keletkezése

Tharsis északi nagyrésze lávasíkságok gerincekkel mágneses dinamó leállása

Valles Marineris

Egyre regionálisabb vulkanizmus (Tharsis, Elysium, Syrtis Major)

Deutronilus felszabdalódása

Hálózatos csatornák kialakulása

Tharsis, Elysium laharok

Áradásos csatornák, északi részóceánok

Kiterjedt déli jégsapka Vastitas Borealis Fm. déli sapka alsó olvadása Dorsa Argentea Fm.

Poláris réteges üledékek „fedő”, „felkent” üledékek

agyagok

nagytömegű szulfátos üledékek


Fejlődéstörténet


Összehasonlítás a Földdel


Mai folyamatok • periglaciális formák ma nem keletkeznek? • metán kibocsátás • évszakos illó migráció • évszakos porvándorlás (albedo változások) • lejtős tömegmozgások (nyakkendők)


Legfontosabb megválaszolatlan kérdések a Mars fejlődéstörténetében • halvány ősnap paradoxon • belső és külső eredetű éghajlatváltozások összekapcsolása • víz megjelenése után mennyi ideig marad folyékony











2012 ?


A Mars fejlődéstörténete

Recommend Documents