Анализ научной группой InSight сейсмических данных, зарегистрированных на Марсе после удара метеорита, произошедшего в декабре 2021 года, резко меняет наше представление о внутренней структуре Марса и его эволюции. Исследование, опубликованное 26 октября 2023 года в журнале Nature, предлагает новую модель внутреннего строения Марса с неоднородной мантией, состоящей из расплавленного силикатного слоя, покрывающего марсианское ядро, и объясняет все доступные геофизические наблюдения.
Первые данные миссии InSight позволили определить внутреннюю структуру Марса в серии работ, опубликованных научным коллективом летом 2021 года. Однако с тех пор анализ новых сейсмических данных, полученных в результате падения мощного метеорита, произошедшего зимой 2021 года, поставил под сомнение первые оценки внутреннего строения Марса.
Изучая время прихода сейсмических волн, распространяющихся в результате этого метеоритного удара, международная группа ученых из Франции, Королевской обсерватории Бельгии, университетов Мэриленда и Бристоля, Цюрихской политехнической школы, Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН и Лаборатории реактивного движения НАСА, под руководством Анри Самуэля, исследователя из Парижского Института физики Земли, продемонстрировала наличие расплавленного силикатного слоя у основания марсианской мантии, над металлическим ядром. В исследовании принимала участие Тамара Васильевна Гудкова, главный научный сотрудник лаборатории происхождения, внутреннего строения и динамики Земли и планет Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, доктор физико-математических наук.
Эта новая модель внутреннего строения, опубликованная 26 октября 2023 года в журнале Nature, не только более реалистична по всем имеющимся геофизическим данным, но и лучше объясняет эволюцию Марса с момента его образования.
В частности, такое расслоение марсианской мантии объясняет до сих пор необъяснимое аномально медленное распространение дифрагированных волн (от удара мощного метеорита в конце декабря 2021 года) в нижней и полностью расплавленной части базального слоя, где сейсмические скорости низкие. Кроме того, для нескольких более старых сейсмических событий время прихода волн согласуется с временами прихода поперечных волн, отраженных от верхней границы расплавленного слоя (расположенного на несколько десятков километров выше металлического ядра), а не от границы ядро-мантия, как предполагалось ранее. Наконец, наличие этого базального слоя помогает объяснить наблюдаемую траекторию Фобоса, ближайшего спутника Марса. На самом деле верхняя и частично расплавленная часть базального слоя сильно диссипативна. Напротив, твердая часть мантии над этим слоем является более жесткой и менее ослабляет сейсмические сигналы, как и предполагал анализ волн, связанных с сейсмическими событиями небольшой величины.
Наличие этого расплавленного слоя в основании мантии подразумевает, что металлическое ядро на 150-170 км меньше (т.е. радиус ядра Марса 1650 ± 20 км) и на 5-8% плотнее (т.е. 6.5 г/см3), чем давали предыдущие сейсмические оценки. В результате более плотное ядро будет содержать меньшее количество легких элементов, чем требовалось ранее, что лучше согласуется с космохимическими данными анализа марсианских метеоритов и лабораторными экспериментами при высоких давлениях. Поэтому авторы исследования предполагают, что Марс, вероятно, испытал раннюю стадию океана магмы, кристаллизация которого дала стабильный слой в основании мантии, высокообогащенный железом и радиоактивными элементами. Тепло, выделяемое последними, создает базальный слой расплавленных силикатов, расположенный над ядром.
Также ученые полагают, что такое расслоение мантии изолирует металлическое ядро, тем самым предотвращая его охлаждение и образование термического динамо. Стратифицированная структура внутренней части мантии Марса, которая контрастирует со структурой Земли, указывает на различную внутреннюю эволюцию этих двух планет.
Geophysical evidence for an enriched molten silicate layer above Mars’ core
H. Samuel, M. Drilleau, A. Rivoldini, Z. Xu, Q. Huang, R. F. Garcia, V. Lekic, J.C.E Irving, J. Badro, P. H. Lognonné, J. A. D. Connolly, T. Kawamura, T. Gudkova and W. B. Banerdt
Nature, 26 oct. 2023 — DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06601-8
Источник информации: ИФЗ РАН
Источник фото: ru.123rf.com