Снимок лавовых потоков, выполненный камерой THEMIS. Обратите внимание на лопастеподобную форму краев.
Вулканическая активность (вулканизм) сыграла значительную роль в геологической эволюции планеты Марс. Начиная с миссии космического аппарата Маринер-9 1972 года ученым было известно, что вулканические детали рельефа покрывают значительную часть поверхности Марса. К этим деталям относятся масштабные лавовые потоки, необъятные лавовые равнины и крупнейшие из всех известных вулканов в Солнечной системе. Возраст марсианских вулканических деталей варьируется от времен нойского (>3.7 миллиарда лет) до позднего амазонского периода (<500 миллионов лет), что свидетельствует о том, что вулканическая активность на планете существовала в течение всей ее истории, а отдельные исследователи высказывают предположение, что такая активность присутствует на планете и до сих пор. Как Земля, так и Марс являются большими, дифференцированными планетами, созданными из похожих хондритных материалов. Немало магматических процессов, происходящих на Земле, также происходили и на Марсе; кроме того, композиционно планеты являются достаточно сходными, чтобы можно было применять одни и те же названия их магматических горных пород и минералов.
Вулканизм — это процесс, в течение которого магма из внутренних слоев планеты поднимается сквозь земную кору и извергается на поверхность. Изверженные вещества состоят из расплавленных пород (лавы), горячих фрагментированных мелкозернистых обломков (тефра или пепел), а также газов. Вулканизм — это основной способ, которым планеты освобождают свое внутреннее тепло. Вулканические извержения продуцируют характерные формы рельефа, типы горных пород и географический рельеф, которые все вместе дают возможность узнать больше о химическом составе, термальном состоянии и истории внутренних слоев планеты.
Магма — это сложная, очень горячая смесь из расплавленных силикатов, кристаллов в состоянии взвеси и растворенных газов. Вероятнее всего, магма на Марсе поднимается вверх так же, как и на Земле. Она поднимается вверх сквозь нижние слои коры в диапирных телах, имеющих меньшую плотность, чем окружающие породы. Во время поднятия магма в конечном итоге достигает регионов с низкой плотностью. Когда плотность магмы соответствует плотности породы, в которой она находится, плавучесть нейтрализуется и магматическое тело останавливает свое движение. В этой точке из него может образоваться магматическая камера. Далее магма может продолжать свое движение, но уже в стороны, образуя сеть даек и силлов. В конце концов магма может остыть и затвердеть, образуя интрузивные магматические тела (плутоны). По оценкам геологов, около 80 % магмы, генерируемой Землей, останавливается в ее коре и так и не достигает поверхности.
Схематические диаграммы, демонстрирующие принципы, которые лежат в основе фракционной кристаллизации в магме. Во время охлаждения, композиция магмы изменяется, поскольку из расплавленной смеси кристаллизуются различные вещества. 1: оливин; 2: оливин и пироксен; 3: пироксен и плагиоклаз; 4: плагиоклаз. Внизу магматического резервуара образуется кумулятивная порода.
В процессе поднятия и последующего охлаждения магма претерпевает много сложных и динамических композиционных изменений. Тяжелые минералы могут кристаллизоваться и осесть на дне магматической камеры. Магма может также ассимилировать части той породы, в которой она находится, или же смешиваться с другими порциями магмы. Эти процессы изменяют химический и минеральный состав расплавленной смеси, поэтому любая магма, достигающая поверхности, может иметь совсем другой химический состав, чем родительский расплав. Магму, изменившуюся таким образом называют «эволюционировавшей», чтобы отличить ее от «примитивной» магмы, которая по своему составу является весьма близкой к своему источнику в мантии (см. дифференциация магмы и фракционная кристаллизация). Магма, эволюционировавшая в большей степени, обычно состоит из кислых горных пород, обогащенных кремнием, летучими веществами и другими легкими элементами, которые и отличают этот тип магмы от богатой железом и магнием (мафичной) примитивной магмы. Степень и объем, в которых магма эволюционирует с течением времени, свидетельствуют об уровне внутреннего тепла планеты, а также ее тектонической активности. Континентальная кора Земли состоит из гранитных пород из эволюционировавшей магмы; эти породы образовались в результате многочисленных эпизодов магматической переработки. Эволюционировавшие магматические породы значительно менее распространены в холодных, мертвых космических телах, таких как Луна. Марс, размер которого находится примерно посередине между размерами Земли и Луны, имеет также средний уровень магматической активности.
На меньших глубинах в коре планеты литостатическое давление на магматическое тело уменьшается. Уменьшенное давление может вызвать высвобождение газов (диоксид углерода и водяной пар) в форме пены из газовых пузырьков. Нуклеация пузырьков вызывает быстрое расширение и охлаждение окружающего расплава, образуя стекловидные осколки, которые при взрывном извержении попадают на поверхность в форме тефры (их еще называют пирокластами). Мелкозернистая тефра широко известна как «вулканический пепел». От композиции расплава зависит характер извержения вулкана: взрывной или экспансивный в форме текущей лавы. Кислая магма андезитного и риолитного состава имеет большую склонность к взрывному извержению. Такая магма очень вязкая (густая и клейкая) и насыщена растворёнными газами. Мафичная магма, с другой стороны, имеет низкое содержание газов и обычно выходит на поверхность во время экспансивного извержения в форме базальтовых лавовых потоков. Однако это лишь обобщение. Например, если магма войдет в неожиданный контакт с подземными или поверхностными водами, может произойти мощное извержение в форме парового взрыва — гидромагматическое (фреатомагматическое или фреатическое) извержение. Кроме того, извержение магмы может происходить по-разному на планетах с различными внутренними композициями, атмосферами и гравитационными полями.
Содержание 1 Различия в вулканических явлениях Земли и Марса
2 Вулканическая провинция Тарсис 2.1 Tharsis Montes
2.2 Купола и патеры
2.3 Olympus Mons
2.4 Alba Mons 3 Вулканическая провинция Элизий
4 Syrtis Major
5 Arabia Terra
6 Горные патеры
7 Вулканические равнины
8 Потенциальный текущий вулканизм 8.1 Вулканы и лед 9 Тектонические границы
10 См. также
11 Примечания
12 Литература
13 Ссылки
Вулканизм и его роль в эволюции нашей планеты