Определение истории Марса, того, как он формировался и развивался с течением времени, было целью орбитальных и поверхностных миссий на Красной планете в течение десятилетий.

Проанализировав данные нескольких таких миссий, группа исследователей под руководством Стива Раффа из Школы исследования Земли и космоса Университета штата Аризона установила, что загадочные оливиновые породы в кратере Гусева, а также в кратере Езеро и вокруг него могут быть породой под названием «игнимбрит», которая является одновременно магматической и осадочной и образуется в результате катаклизмических взрывных извержений из огромных вулканических кальдер.

Если команда окажется права, это может привести к лучшему пониманию богатых оливином пород в других местах Марса, а также может указать на стиль вулканизма, более распространенный в ранней истории Марса. Результаты их исследования были недавно опубликованы в журнале Icarus.

«Существует множество идей относительно происхождения богатых оливином пород, покрывающих значительную часть региона под названием Nili Fossae, который включает кратер Езеро», — сказал Руфф. «Это дебаты, которые продолжаются уже почти 20 лет».

Вскрытия горных пород, богатых оливином, а также карбонатом, связывают кратер Гусева, исследованный 16 лет назад марсоходом НАСА Spirit, и регион Nili Fossae, где марсоход Mars 2020 Perseverance в настоящее время исследует кратер Езеро. В обоих местах обнаружено самое большое количество оливина, которое когда-либо было обнаружено на Марсе. Сходство состава и морфологии широко разделенных оливинсодержащих пород ранее не изучалось. Теперь выяснилось, что они образовались сходным образом.

Оливин — это обычный силикатный минерал, который образуется из магмы, сформировавшейся в мантии Марса (этот же процесс происходит и на Земле). Таким образом, вулканический процесс является разумным объяснением происхождения богатых оливином пород на Марсе. Однако ранее уже предлагались различные сценарии — от лавовых потоков до гигантского удара, вычерпавшего оливин из мантии.

Рафф и его команда поставили перед собой цель проверить ведущую гипотезу, предполагающую мягкое отложение пепла из вулканических шлейфов. Но их наблюдения выявили гораздо более бурную историю.

В частности, Рафф изучил мозаику изображений, полученных с помощью микроскопической камеры марсохода Spirit (который похож на ручной объектив геолога), и заметил камни с необычной текстурой. Рафф обратился к онлайн-библиотеке с изображениями пород на Земле и наткнулся на вулканические породы с текстурой, удивительно похожей на ту, что была на снимках с Марса.

«Это был момент эврики», — говорит Руфф. «Я увидел в породах кратера Гусева те же текстуры, что и в очень специфическом виде вулканических пород, найденных здесь, на Земле».

Изображения были получены из породы под названием «игнимбрит», которая, по сути, является одновременно и магматической, и осадочной. Игнимбриты образуются в результате потоков пирокластического пепла, пемзы и блоков от крупнейших вулканических взрывов, известных на Земле.

«Представьте себе облако горячих газов, почти расплавленного пепла и пемзы, проходящее через ландшафт на десятки миль и накапливающееся в слоях толщиной до сотен футов всего за несколько дней», — говорит Руфф.

После своего образования отложения игнимбрита медленно остывают в течение нескольких месяцев или лет. Это приводит к образованию сложных сетей трещин, известных как «швы охлаждения», которые образуются по мере того, как толстые кучи пепла и пемзы сжимаются. Рафф обнаружил похожие модели разломов в богатых оливином отложениях на Марсе, что еще больше подтверждает происхождение игнимбритов.

На Земле игнимбриты встречаются в таких местах, как Йеллоустонский национальный парк на западе США. Желто-охристые породы — это игнимбриты из огромной вулканической кальдеры, которая образовалась в период, начавшийся около 2,1 миллиона лет назад, и сейчас заполнена.

«Никто ранее не предлагал игнимбриты в качестве объяснения богатой оливином породы на Марсе», — сказал Руфф. «И вполне возможно, что это именно та порода, по которой марсоход Perseverance ездил и брал пробы в течение последнего года».

На Марсе есть самый большой вулкан в Солнечной системе и лавовые потоки, покрывающие огромные участки планеты, поэтому вулканические породы — это само собой разумеющееся. Но только в нескольких местах предполагалось наличие игнимбритов, и до сих пор только предположительно.

С учетом новых находок этой группы, возможно, что игнимбриты встречаются как в кратере Езеро, так и в кратере Гусева. Другие места с богатой оливином породой также являются кандидатами на месторождения игнимбритов, и все они, по-видимому, образовались на ранних этапах истории Марса, в течение первого миллиарда лет или около того.

«Богатый оливином состав необычен для большинства игнимбритов на Земле, но есть свидетельства такого состава в самых древних из них. Теперь, когда получены убедительные доказательства существования древних богатых оливином игнимбритов на Марсе, возможно, это указывает на стиль вулканизма, катаклизмические взрывные извержения богатой оливином магмы, которые происходят на ранних этапах геологической эволюции планеты», — сказал Руфф. Ответ в случае с Марсом может быть получен из образцов пород, собранных марсоходом Perseverance и возвращенных на Землю будущими миссиями».