Вулканические конусы на Земле и Марсе

С 1970-х годов планетологи-геологи знают, что вулканические образования покрывают обширные территории Марса. На ранних снимках, сделанных «Маринером-9», были видны массивные щитовые вулканы и лавовые равнины таких размеров, каких нет на Земле. Олимп, самый высокий вулкан в Солнечной системе, почти в три раза выше Эвереста. Альба-Монс, самый широкий вулкан на планете, простирается на расстояние, сопоставимое с протяженностью континентальной части США.

И гора Олимп, и гора Альба образовались в основном в результате базальтовых эффузивных извержений — относительно спокойных излияний «текучей» лавы, которая растекалась по поверхности в виде потоков. Считается, что это самый распространенный тип вулканизма на Марсе, на долю которого приходится подавляющее большинство вулканических форм рельефа. Однако небольшая их часть образовалась в результате эксплозивного вулканизма, при котором формируются вулканические конусы, пирокластические потоки и пеплопады.

Отсутствие на Марсе взрывоопасных вулканических образований долгое время ставило геологов в тупик. По словам Петра Брожа, геолога-планетолога из Чешской академии наук, при среднем атмосферном давлении в 160 раз ниже, чем на Земле, и гравитации, составляющей лишь треть земной, на Красной планете теоретически должно происходить больше взрывных извержений. Именно поэтому такие образования, как вулканические конусы (на фото выше) в районе Улисс-Коллс на Марсе, так привлекают геологов-планетологов.

«Судя по всему, это шлаковые конусы — явный признак взрывного вулканизма, — добавил Брож. — Они были впервые обнаружены в регионе Фарсида в 2010-х годах и помогли составить более полную картину марсианского вулканизма».

CTX (контекстная камера) на борту Mars Reconnaissance Orbiter НАСА сделала этот снимок (второй сверху) горы Улисс-Коллс 7 мая 2014 года. Гора Улисс-Коллс расположена на южном краю Улисс-Фоссе, группы впадин в вулканическом регионе Фарсида.

19 июня 2025 года OLI (Operational Land Imager) на спутнике Landsat 8 сделал снимок с похожими конусами на вулканическом поле Сан-Франциско (SFVF) на севере Аризоны (вверху). Геологи, изучающие планеты, считают, что конусы в этих двух местах очень похожи. На обоих снимках также видны грабены — линейные блоки земной коры, сместившиеся вниз.

На обоих снимках шлаковые конусы выглядят как округлые холмы с круглыми жерлами, а потоки лавы — как темные текстурированные участки вокруг оснований конусов. В обоих случаях кажется, что из некоторых конусов вытекают более молодые и мелкие потоки лавы, а более старые и выветренные потоки находятся на заднем плане.

«Понимание аналогичных процессов на Земле помогает нам понять, что искать на Марсе, и интерпретировать процессы, которые мы не можем наблюдать напрямую», — сказал Патрик Уэлли, вулканолог из NASA, который входит в команду, разрабатывающую полевое оборудование и методы для исследования Луны и Марса.

Кратер Сан-Франциско (вверху слева), расположенный на вулканическом поле Сан-Франциско в Аризоне, представляет собой лавовый поток длиной 7 километров, который простирается на север и использовался для геологической подготовки астронавтов НАСА. В двух местах поток излился в грабен, образовав характерный узор в виде полумесяца на его левой стороне.

На Земле шлаковые конусы образуются, когда богатая газами магма поднимается высоко в воздух и застывает, превращаясь в мелкие частицы материала, называемые шлаком, которые скапливаются в конусах с крутыми склонами. Хотя на Земле и Марсе конусы образуются в результате схожих процессов, между ними есть важные различия. По словам Флинна, марсианские шлаковые конусы обычно выше, шире и имеют более пологие склоны. Это вполне логично. При меньшей силе тяжести и атмосферном давлении вулканические фонтаны могут поднимать извергаемую магму выше и дальше от жерла, образуя более крупные конусы.

На Земле гораздо больше шлаковых конусов, их десятки тысяч, и они составляют около 90 % вулканов на суше. На Марсе «мы обнаружили всего от нескольких десятков до нескольких сотен кандидатов», — сказал Броз. Возможно, эксплозивный вулканизм никогда не был распространенным явлением на Марсе, а может быть, и был, но следы извержений были скрыты более молодыми эффузивными потоками или уничтожены эрозией, добавил он.

Уилли отметил, что на Марсе до сих пор неясно, что образовалось раньше — потоки марсианской лавы или шлаковые конусы. Поток лавы мог образоваться раньше, а конус сформироваться поверх него. Или же конус мог образоваться первым, а затем закупориться, из-за чего лава начала вытекать сбоку. По его словам, определение последовательности событий — одна из «геологических загадок», которые геологи пытаются решить, изучая марсианские объекты дистанционно. «Посещение таких мест, как вулканическое поле Сан-Франциско, и изучение геологии аналогичных объектов на Земле помогают нам понять, на какие признаки следует обращать внимание при изучении марсианской геологии».

Ниже (слева) крупным планом показан шлаковый конус на Земле, к юго-востоку от кратера SP, под названием Кратер Сансет. Он извергся около 800 лет назад и является самым молодым шлаковым конусом на вулканическом поле Сан-Франциско. Возраст аналогичного конуса в Улисс-Коллс (справа), напротив, оценивается в миллиарды лет.

Обратите внимание, что извержения, в результате которых образуются шлаковые конусы, являются «слабоэксплозивными», обычно это стромболианские извержения, характеризующиеся периодическими выбросами лавы, как сказал Иэн Флинн, планетолог из Питтсбургского университета. Они отличаются от гораздо более мощных эксплозивных извержений, при которых столбы пепла поднимаются на десятки километров в воздух, как это произошло на вулкане Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай в южной части Тихого океана, добавил он.

На Марсе также есть свидетельства мощных "суперизвержений" вулканической активности, но этот тип извержений оставляет после себя другие геологические следы: большие впадины, называемые патерами, и широкие, тонкие отложения пепла и других эрозионных материалов, образующие такие формы рельефа, как ярданги.

По словам Брожа, сравнение планет важно для понимания геологии далеких миров. Без таких сравнений становится сложнее определить, как вообще могли формироваться формы рельефа на других планетах и их спутниках.

Но осторожность не помешает. «В планетологии часто говорят — полушутя, — что даже если что-то выглядит как утка, ведет себя как утка и крякает как утка, это может быть не утка», — добавил он. Например, легко спутать шлаковые конусы с грязевыми вулканами.

Исследователи почти уверены, что конусы Улисс-Коллес образовались в результате взрывного вулканизма, судя по окружающему их вулканическому ландшафту, но в более неоднородной местности это определить сложнее. Марс в корне отличается от Земли, предупредил он.Лабораторные исследования Брожа показывают, например, что грязевые потоки на Марсе могут быть очень похожи на некоторые виды лавовых потоков и что при определенных условиях они могут даже кипеть и парить в воздухе. «Мы также не должны ограничиваться земным опытом, — сказал он. — Если мы не будем мыслить нестандартно, то можем упустить важные возможности».

Снимки Земли из Обсерватории НАСА, сделанные Лорен Дофин с использованием данных Landsat от Геологической службы США и данных CTX с орбитального аппарата Mars Reconnaissance Orbiter. Материал Адама Войланда.

Источник: science.nasa.gov