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Marsbeben und jüngster Vulkanismus deuten darauf hin, dass der Mars immer noch eine Mantelwolke hat

Vergrößern / Eine der Spalten in der Region Cerebrus Fossae, möglicherweise entstanden durch Krustendehnung, die von einer Mantelwolke angetrieben wird.

Der Mars InSight-Lander enthielt den ersten Seismographen, der auf dem roten Planeten platziert wurde, und nahm alles auf Marsbeben bis um Auswirkungen und lieferte viele neue Informationen über das Innere des Mars. Aber das vielleicht auffälligste Ergebnis ist, dass fast die gesamte seismische Aktivität des Mars von einem einzigen Ort auszugehen scheint, einem Ort namens Elysium Planitia.

Dieses Gebiet ist auch der Ort der jüngsten vulkanischen Aktivität, die wir auf dem Mars entdeckt haben. In einem diese Woche veröffentlichten Artikel argumentieren Wissenschaftler, dass beide aus einer einzigen Quelle stammen: einer Wolke aus heißem Material, die durch den Mantel aufsteigt. Es ist die Art geologischer Aktivität, die Hotspots wie Island und Yellowstone auf der Erde schafft, aber es wurde angenommen, dass der Mars zu stark abgekühlt ist, um diese Aktivitäten zu unterstützen.

Ein Unternehmen aufbauen

Elysium Planitia ist ein im Allgemeinen flaches Gebiet, das etwa eine Million Quadratkilometer umfasst. Es liegt direkt am Rand des nördlichen Tieflandes des Mars, aber es ist fast einen Kilometer über ihnen. Viele seiner Merkmale sind uralt, darunter eine Reihe von Graten, von denen angenommen wird, dass sie durch die Kompression des Marsinneren beim Abkühlen entstanden sind. Aber es gibt auch Anzeichen für kürzliche vulkanische Aktivität, wenn auch nicht annähernd so viel wie in der nahe gelegenen Region Tharsis, in der sich die größten Vulkane auf dem Mars befinden.

Stattdessen gibt es Anzeichen für größere Überschwemmungen mit vulkanischem Material, das aus großen Rissen in Elysium Planitia freigesetzt wird. Es gibt auch Anzeichen von pyroklastischen Strömen, die das Produkt der jüngsten vulkanischen Aktivität auf dem roten Planeten zu sein scheinen, die weniger als 200.000 Jahre zurückreicht.

Diese Zeichen machten es für Wissenschaftler interessant und einer der Gründe, warum der InSight-Lander in das Gebiet geschickt wurde. Und soweit wir das beurteilen konnten, kommen alle bedeutenden Marsbeben aus dieser Gegend.

Es ist klar, dass die vulkanische Aktivität und Marsbeben wahrscheinlich zusammenhängen. Die Frage ist wie.

Es gibt einige mögliche Erklärungen für diese und andere Merkmale von Elysium Planitia, aber die Forscher argumentieren, dass eine heiße Mantelwolke die einzige ist, die Sinn macht. „Während es für einige dieser Beobachtungen möglicherweise alternative Erklärungen gibt“, schreiben sie, „kann sie alle nur eine aktive Mantelwolke erklären.“

Es ist ein Lob

Wie oben erwähnt, weist Elysium Planitia eine Reihe von Brüchen auf, die typischerweise mit Kompression verbunden sind, und es wird angenommen, dass diese ein Produkt des uralten Terrains sind, das nachlässt, wenn das Marsinnere abkühlt. Aber Elysium Planitia ist auch fast einen Kilometer höher als das umliegende Tiefland, was darauf hindeutet, dass es möglicherweise durch tektonische Kräfte angehoben wurde. Es gibt auch die Cerberus Fossae, eine Reihe von scheinbar vulkanischen Schloten, und die Ablagerungen, die aus ihnen hervorgehen.

Diese Ablagerungen sind umfangreich, was auf eine Hauptquelle magmabetriebener Aktivitäten in der Region hindeutet, was eine mögliche Quelle des Gesteins ausschließt. Obwohl weit verbreitet, sind die Ablagerungen normalerweise nicht dicker als etwa 100 Meter, was bedeutet, dass sie die Höhe des Gebiets nicht erklären können. Und Messungen der lokalen Schwankungen der Schwerkraft deuten darauf hin, dass die Höhe von Elysium Planitia aus der Tiefe der Kruste gestützt wird. Schließlich enthält das vulkanische Material in der Region viel mehr Eisen als andere Teile des Mars, eine Eigenschaft, die im Vulkanismus zu finden ist, der von den Erdmantelfahnen angetrieben wird.

Die Forscher vermuten also, dass die Region die normalen Kontraktionsfehler erlitten hat, die auf der Marsoberfläche weit verbreitet zu sein scheinen. Aber in jüngerer Zeit erreichte eine Mantelwolke die darunter liegende Kruste, erhöhte die Region und fügte die Art von Verwerfungen hinzu, die mit den Vulkanschloten von Cerberus Fossae verbunden sind.

Also bauten sie ein Mantelfahnenmodell und optimierten es, bis es zu den verschiedenen Oberflächenmerkmalen und seismischen Daten der Region passte. Basierend auf dem Modell schätzen sie, dass der Plume in der Region direkt unter der Erdkruste einen Durchmesser von etwa 4.000 Kilometern und eine Dicke von etwa 200 bis 500 Kilometern hat. Sie schätzen auch, dass es 100° bis 300° Kelvin heißer ist als das umgebende Material.

Wie ist es passiert?

Die in Elysium Planitia gefundenen Aktivitätsniveaus sind viel niedriger als an anderen Orten auf dem Mars, die von Hotspots angetrieben werden, und sie liegen am unteren Ende dessen, was Sie an ähnlichen Orten auf der Erde sehen würden. Aber die Überraschung ist, dass es überhaupt passiert. Frühere Aktivitäten, die von Mantelwolken angetrieben wurden, sollten einen Teil des Wassers aus dem Inneren des Mars entfernt haben, was das Schmelzen von Gestein erschwert. Die frühere Verdichtung des Gebiets sollte es auch geschmolzenem Gestein erschweren, seinen Weg an die Oberfläche zu erzwingen.

Aber was noch wichtiger ist, das Innere des Mars sollte sich seit der Zeit, als der Mars die massiven Vulkane von Tharsis baute, beträchtlich abgekühlt haben. Einige Modelle des Marsinneren haben sogar vorgeschlagen, dass diese Art von Aktivität an diesem Punkt in der Geschichte des Planeten enden sollte. Daher könnte es für die Verbesserung dieser Modelle entscheidend sein, zu verstehen, was hier vor sich geht.

Leider macht der große Fehler mit InSight die Sache hier schwierig. Es sollte ein Werkzeug einsetzen, das den Wärmefluss vom Marsinneren zur Oberfläche misst, was Licht auf heißes Material in der Nähe werfen sollte (der InSight-Landeplatz befindet sich direkt auf der vorgeschlagenen Mantelwolke). Aber das Lander-Team konnte das Instrument nicht zum Mars bringen und schließlich aufgegebene Versuche um es zum Laufen zu bringen.

Aber das neue Papier legt definitiv nahe, dass Elysium Planitia einen zusätzlichen Blick wert ist.

Naturastronomie2022. DOI: 10.1038/s41550-022-01836-3 (Über DOIs).

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