На Земле вулканические взрывы, подобные тому, который сорвал крышку с горы Сент-Хеленс, случаются потому, что внутренняя часть нашей планеты богата летучими веществами — водой, углекислым газом и другими соединениями с относительно низкими температурами кипения. Когда лава поднимается из глубины к поверхности, растворенные в ней летучие вещества меняют фазу с жидкости на газ, расширяясь при этом. Давление этого расширения может привести к тому, что корка наверху лопнет, как надутый воздушный шар.
Однако долгое время считалось, что ртуть сухая, когда речь идет о летучих, а без летучих не может быть взрывного вулканизма. Но это мнение начало меняться в 2008 году, после того, как космический корабль НАСА MESSENGER совершил первый облет Меркурия.
Эти проблески поверхности выявили отложения пирокластического пепла — явные признаки вулканических взрывов — покрывающие поверхность планеты. Это был ключ к разгадке того, что в какой-то момент его истории внутренности Меркурия не были так лишены летучих веществ, как предполагалось.Что не было ясно из тех первоначальных облетов, так это временные рамки, в течение которых произошли эти взрывы. Улетучились ли летучие вещества Меркурия в результате шквала взрывов в начале истории планеты или Меркурий удерживал свои летучие вещества в течение гораздо более длительного периода?
Последняя работа, доступная в онлайн-режиме для раннего просмотра в Journal of Geophysical Research: Planets, предполагает последнее.Группа исследователей во главе с Тимом Гуджем, аспирантом факультета геологических наук Брауна, изучила 51 пирокластический участок, расположенный на поверхности Меркурия.
Они использовали данные с камер и спектрометров MESSENGER, собранные после того, как космический корабль вышел на орбиту вокруг Меркурия в 2011 году. По сравнению с данными первых пролетов, орбитальные данные предоставили гораздо более подробное представление об отложениях и исходных отверстиях, которые их выплюнули.
Новые данные MESSENGER показали, что некоторые из вентиляционных отверстий подверглись эрозии в гораздо большей степени, чем другие — показатель того, что взрывы произошли не одновременно.«Если [взрывы] произойдут в течение короткого периода времени, а затем прекратятся, можно ожидать, что все вентиляционные отверстия будут повреждены примерно на одинаковую величину», — сказал Гоудж. «Мы этого не видим; мы видим различные состояния деградации.
Таким образом, извержения, похоже, имели место в течение значительного периода истории Меркьюри».Но вот где этот период взрывоопасности вписывается в геологическую историю Меркьюри, было другим вопросом. Чтобы понять это, Гаудж и его коллеги воспользовались тем фактом, что большинство участков расположены внутри ударных кратеров.
Возраст каждого кратера является важным ограничением возраста пирокластических отложений внутри него: они должны быть моложе своего кратера. Если бы месторождение появилось первым, оно было бы уничтожено ударом, образовавшим кратер. Таким образом, возраст кратера определяет верхний предел возраста пирокластических отложений.
Как оказалось, существует устоявшийся метод датировки кратеров на Меркурии. Края и стенки кратеров со временем эродируются и разрушаются, и степень этой деградации может быть использована для определения приблизительного возраста кратера.Используя этот метод, Гоудж и его коллеги показали, что некоторые пирокластические отложения обнаружены в относительно молодых (с геологической точки зрения) кратерах возрастом от 3,5 до 1 миллиарда лет.
Это открытие помогает исключить возможность того, что вся пирокластическая активность произошла вскоре после образования Меркурия около 4,5 миллиардов лет назад.«Этот возраст говорит нам о том, что Меркурий не очень рано дегазировал все свои летучие вещества», — сказал Гоудж. «Он сохранил некоторые из своих летучих веществ до недавнего геологического времени».Степень, в которой застряли летучие вещества Меркурия, может пролить свет на то, как образовалась планета. Несмотря на то, что Меркурий является самой маленькой планетой в Солнечной системе (поскольку Плутон был понижен в звании из числа планет), он имеет аномально большое железное ядро.
Это открытие привело к предположению, что, возможно, Меркурий когда-то был намного больше, но его внешние слои были удалены — либо сожжены близлежащим Солнцем, либо, возможно, взорваны, что окажет огромное влияние в начале истории планеты. Однако любое из этих событий, вероятно, могло бы достаточно сильно нагреть внешние части Меркурия, чтобы удалить летучие вещества в самом начале его истории.В свете этого исследования и других данных, собранных MESSENGER, показывающих следы летучих серы, калия и натрия на поверхности Меркурия, оба эти сценария кажутся все более маловероятными.
«Вместе с другими результатами, которые предполагают, что на Луне могло быть больше летучих веществ, чем считалось ранее, это исследование революционизирует наши представления о ранней истории планет и спутников», — сказал Джим Хед, профессор геологических наук и со-исследователь миссии MESSENGER. . «Эти результаты определяют конкретные цели для будущего исследования Меркурия с помощью орбитальных и приземляемых космических кораблей».