Mars a Földre!

A Föld és a Mars felszínének már az ûrből feltûnő alakzatai azok a vulkánok és vulkáni láncok, amelyek környezetükből 10–20 kilométerre magasodnak fel. A kialakulásukhoz vezető folyamatokról sokáig elképzeléseink sem voltak, sőt azt, hogy esetleg hasonló folyamatok alakították ezeket, nem is gondoltuk. Egy új elmélet, amelyet a fejlődő távérzékelési és merülési-mintavételezési módszerekkel gyûjtött adatok alapoztak meg, most rávilágít ezen vulkánok közös eredetére: mivel a Föld és a Mars belső felépítése igen hasonló, belső folyamataik is hasonlók lehettek. A hasonló folyamatok pedig hasonló képződményeket hoztak létre…A Naprendszer mûszeres kutatásának kezdete óta az egyik legfeltûnőbb alakzat a Mars hatalmas vulkáni hegye, a Mons Olympus. Monumentális földtani alakzat: átmérője az alapjánál 550 kilométer, és 24 kilométerre magasodik a környezete fölé. Rozsdaszínû lejtőin hajdan hatalmas lávaárak hömpölyögtek, melyek kigőzölgései egykor vastag felhőpaplannal csíkozták a Mars mára átlátszóvá ritkult légkörét. Nagy biztonsággal állíthatjuk, hogy a Marson egykor igen aktív vulkanizmus mûködött, melynek egyik eredményeként emelkedett a magasba a Naprendszer ma ismert legnagyobb vulkánja. &Aacutem azt, hogy mikor, ma még találgatni sem tudjuk. De ott magasodik, és számos tudós kísérelte megmagyarázni keletkezését. Máig sikertelenül.

Ugyan a Mars-felszínen a nehézségi gyorsulás a földinek alig több mint harmada, ami elvileg lehetővé tenné ilyen hatalmas kőzettömegnek a kiemelkedését és stabil alakzatként történő fennmaradását, ám ehhez is szükséges egy olyan szilárd tartó, vagy kőzetalap, amely elvisel ekkora tömeget. A szükséges kőzetalapot a bolygó kérge biztosítja. Földünk esetében az égbe nyúló lánchegységek stabil alapját a kivastagodó kontinentális kőzetlemez adja. Persze a Mars esetében sincs ez másként. A fejlődő távérzékelési módszerek alapján ma már meglehetősen pontos képünk van a Mars litoszférájának, azaz kérgének a felépítéséről.

Ezt a Mars körül keringő modern ûrszondák (Mars Express, Mars Global Explorer, Mars Global Surveyor) gravimetriai adataiból sejtjük. Ezek alapján a Földétől minden vonásában eltérő kép bontakozik ki: a Mars kérge meglehetősen egyveretû, átlagosan 65 kilométer vastagságú, és 10-től 140 kilométerig változó vastagságú, egységes merev burok, amelynek szerkezete alapvetően eltér mind a Föld kérgét alkotó kontinentális, mind pedig az óceáni litoszféralemezektől. A Föld estében a kéreglemezek az asztenoszférának nevezett forró kőzetlevesben úsznak, és óriási vetődésekkel, árkokkal és aktív lemezszegélyekkel kapcsolódnak egymáshoz. A Föld kérge tehát aktív. Jól ismert a kontinensvándorlás jelensége, mi is érezzük a földrengéseket, a tévé pedig rendszeresen tudósít vulkánkitörésekről. A Marson ezzel szemben hasonló jelenségeknek a nyomát sem látjuk.

 Miért csöndes a Mars? Azért, mert ma már nincs aktív vulkanizmus a felszínén: nem is lehet, ugyanis kérge fagyott – megszilárdult – kőzetburokként vastag és egységes páncéllal öleli körbe az alatta található melegebb részeket. Ez a vastag és szilárd alap tartja tehát az Olympus Mons irdatlan tömegét. &Aacutem ez pusztán a hegy fennmaradására ad magyarázatot, arra, hogy miként keletkezett, semmiképpen sem. Rejtélyes talány, hogy egy, a Földnél jóval kisebb bolygó (a Mars átmérője csupán fele, míg tömege mindössze kilencede Földünkének) miként nevelhetett fel egy ilyen óriást. Márpedig valamilyen erő mégis létrehozta ezt a hatalmas alakzatot. A kérdésre az Arizonai &Aacutellami Egyetemen kidolgozott elegáns elmélet megjelenéséig nem kaptunk választ. Az elmélet kidolgozói a rejtély megoldását keresve mégsem a Marson, hanem jó öreg Földünkön kezdtek vizsgálódni.

A Hawaii vulkánok keletkezése
Amíg az ember nem ismerte az óceáni medencék geográfiáját, addig elgondolkodva és értetlenkedve nézte csak a Csendes-óceán irdatlan messzeségeiben, minden szárazföldtől távol emelkedő vulkanikus szigetegyüttest, a Hawaii-szigeteket. Megmagyarázhatatlannak tûnt, hogy mi hozta létre a környezetéből 2–4, míg a tenger aljzatából 7–10 kilométer magasra szökkenő vulkanikus szigeteket, amikor közvetlen közelükben sehol sincs semmilyen szárazföld. Az óceánfenék domborzatának megismerése megoldás helyett további kérdéseket vetett fel. Kiderült, hogy a Csendes-óceán felszíne alatt északnyugati irányban, egykor a felszínre tört, ám mára kihunyt, kihûlt és elsüllyedt vulkánok (az Emperor-hátság) alszanak a tenger fenekén, még ma is 2–4 km-re magasodva a tenger aljzata fölé, 1–3 kilométernyi vízoszloppal borítva.

 Ez a több ezer kilométer hosszan elnyúló vulkáni lánc egészen a Kurili-szigetekig húzódik. Természetesen adódó következtetés: a vulkánok végigvándoroltak volna a Kurili-szigetektől egészen a Csendes-óceán közepéig, a mai Hawaii-szigetekig? Nem! A tudósok szerint Földünk erői ennél bizarrabb megoldást hoztak létre: a vulkáni anyagot szolgáltató központ stabilan egy helyben maradt, évek tízmilliói alatt sem vándorolt semerre. Éppen ellenkezőleg, a felette található óceáni lemez vándorolt odébb, évi 1–10 cm/év sebességgel! Egy-egy kialudt vulkán mintha csak egy óriás metronóm lassú ingájának évmilliók során vulkáni robbanásokban hallatott kattanásait rögzítette volna a tengerfenéken. A kihûlt vulkánok korát, és keletkezésük időbeli sorrendjét a tetejükön lerakódott üledékek által bezárt ősmaradványok, a megszilárdult lávaárak paleomágneses ásványai, és K-Ar radiometrikus adatok elemzése alapján igazolták a kutatók.

Akkor tehát azt kell mondanunk, hogy a Föld mélyében, ott, ahol ma a Hawaii-vulkánok helyezkednek el, valami állandó melegforrás van, valami óriás lávabuzgár, ami szó szerint átégeti a felette elhaladó óceáni kérget – persze mindezt a földtörténeti időskálán értve, azaz évek tízmilliói alatt. Pontosan úgy, mint amikor egy ív papírt tartunk az égő gyertya fölé: a közvetlenül a láng fölött tartott papírt lassan elhúzva, a láng megpörköli a vékony papírt, barnás csíkot hagyva a papíron ott, ahol az végighaladt a láng fölött.

Ha pedig hosszabb időre tartjuk egy helyben a papírt, úgy a láng át is égeti azt. És ugyanez a jelenség felelős a Csendes-óceán mélyén húzódó vulkánok és a Hawaii-szigetek kialakulásáért is – geológiai értelemben. Itt a vulkánok kialakulásáért felelős láng az a hőfluxus, vagy meleg feláramlás, ami valahol nagyon mélyen az óceáni kéreg alatt tör fölfelé, és a papírlap maga az óceáni kéreg, amit a lemeztektonika, azaz a kontinensvándorlás tart folyamatos mozgásban. És ahogy a metronóm egyenletes ütései jelzik a taktust, ugyanúgy jelzik az óceán aljzatán húzódó vulkánok a kontinensvándorlás sebességét. Egy-egy taktus egy-egy vulkán, míg a taktusok között eltelt időt, azaz a metronóm ingájának sebességét a lerakódó üledék vastagsága jelzi: a kihûlt és lesüllyedt vulkánokra lerakódó üledéknek nemcsak a vastagsága utal a telő időre, de bezárt ősmaradvány-anyaga a tudósok számára pontosan jelzi a kihûlés óta eltelt földtani események láncát és az eltelt korokat is.

A szuperfeláramlás
Ezzel ugyan megoldottuk a magányos óceáni vulkánok keletkezésének kérdését, de jottányival sem jutottunk közelebb annak a problémának a megoldásához, hogy mi hozza létre az óceáni kérget átégető folyamatot? Egyáltalán, milyen rejtélyes jelenségek zajlanak a földköpenyben? Az aktív lemezszegélyek, tehát azok, ahol jellemzően az óceáni kéreglemez bukik a szárazföldi alá (például Dél-Amerika nyugati partjainál), régóta ismert a vulkanizmus, a földrengések és a lemeztektonika kapcsolata. A hideg, alábukó és nagyobb sûrûségû óceáni lemez a mélybe süllyedve megolvad, majd az alábukás roppant mozgási energiája földrengésekben, míg a beolvadó lemez anyaga intenzív vulkanizmusban ölt testet. De mivel magyarázzuk meg az óceáni lemez közepén, messze minden ütközési zónától és lemezszegélytől található hot spot, forró pont létezését? Ezt nem lehet a vándorló kőzetlemezekkel, vagy ütközéseik folyamataival megmagyarázni. A jelenség neve plume, amit leginkább feláramlásnak nevezhetünk magyarul. Semmi köze sem a lito-, sem pedig az asztenoszféra, tehát a földkéreg és a felső földköpeny jelenségeihez. Az okok mélyebben rejtőznek.

Méghozzá jóval mélyebben. A plume-, és a jóval stabilabb, nagyobb léptékû és hosszabb ideig tartó superplume-jelenség kiváltó okát egészen a földköpeny és a külső földmag határzónájában, azaz a földfelszín alatt, 2900 kilométeres mélységben kell keressük! A kutatók szerint maga a (mindössze emberi léptékben stabil) plume-jelenség, a földköpeny és földmag határán eredő erős feláramlásokhoz köthető, amely a földtani folyamatok viszonylag rövid léptékû (<100 millió év), epizodikus jelenségei közé tartozik. Kialakulásának okait még ma sem igazán értjük. A legvalószínûbb magyarázat szerint – mivel a földkéregben minden mindennel összefügg –, a lemeztektonika felelős a feláramlások kialakulásáért. Az óriási, és igen nagy energiájú kollíziók során a mélybe süllyedő óceáni kéregrész oly nagyméretû és olyan hideg testet, tehát akkora hûtőhatást jelent, amelyet a felsőköpeny nem képes a megszokott 500–650 kilométeres mélységben beolvasztani. Nem, ezek a hatalmas kéregrészek egyszerûen tovább süllyednek lefelé, és az óceáni lemez legalsó beolvadási zónája alá jutnak, megzavarva ezzel az alsóköpeny áramlási celláit. A megzavart áramlási cellák ezért átalakulnak, és megpróbálják a hőmérséklet-kiegyenlítést elvégezni: megkezdődik egy-egy ilyen szuperfeláramlás felépülése, ami aztán legfeljebb százmillió évig létezik.

Lehetséges tehát, hogy a kies Hawaii-szigetek kialakulásáért szintén egy ilyen szuperfeláramlás lenne a felelős? A tudósok egyértelmû válasza az, hogy igen! Méghozzá valamikor a középső kréta, azaz az hauterivi-barremi korszakok idején, nagyjából 125 millió éve kezdődhetett el, amikor a mai Bakony-hegység helyén tenger hullámzott, gazdag tengeri élővilágnak adva otthont.

A marsi Olympus Mons keletkezése…
Ez így immár érthető és kerek egész, de vajon mi köze mindennek a marsi vulkánokhoz? A kapcsolatot az Arizonai Egyetemen Victor Baker amerikai és Shigenori Maruyama japán kutató vetette fel. Elemezve a Hawaii-szigetek 7–8 kilométerre a tengerfenék fölé magasodó vulkáni komplexumát, valamint a Mars Olympus Mons vulkánját, úgy vélték, hogy a Marson is lehetséges olyan jelenség, mint a földi superplume! Az analógia alapját azok a geodinamikai modellek adták, amelyek szerint a Föld és a Mars bolygó kőzetmagjai és köpenyük meglehetősen hasonló felépítésû. Ha pedig ez így van, akkor elképzelhető, hogy a Marson is létezett valamikor superplume-jelenség. Igen ám, de ma a Marsot egységes és merev, vastag kéreg burkolja. Nyoma sincs olyan élő felszínnek, vagy képződményeknek, mint amit a földi értelemben vett lemeztektonika folyamatai Földünk felszínére rajzolnak.

Ma nincsenek – de egykor voltak. Erről tanúbizonyságot a Mars Glober Surveyor szonda mágneses mérései adtak. A Mars egyes területein a szonda magnetométere pontosan olyan sávosan, és váltott polaritással mágnesezett kőzeteket talált, mint amilyenek ma is keletkeznek Földünkön, az óceánközépi hátságok szétterjedési zónáiban, ott, ahol a friss láva a felszínre (tengeraljzatra) ömlik és mágneses ásványai a megszilárduláskor az éppen aktuális mágneses mező tulajdonságait zárják magukba. Ilyen jellegzetes, sávosan mágnesezett kőzeteket pedig mai tudásunk szerint kizárólag egyetlen földtani jelenség, a lemeztektonika képes létrehozni. A Mars korai története során, tehát a kialakulását követő néhány százmillió évben, létezett a földihez hasonló marsi lemeztektonika, ami létrehozhatott a Földön megismert egyéb jelenségeket – akár plume-jelenséget is.

A Mars körül keringő szondák tehát igazolták, hogy a korai Mars hasonló módon mutatta a lemeztektonika jelenségét, mint a mai Föld. Ennek a megismert tényeken túl tanúi még a marsi vulkánok is. &Aacutem az évtizedek óta vonzza a tudós elméket, hogy mi hozhatott létre ekkora vulkáni testet egy ilyen kicsi bolygón? Az egykori marsi lemeztektonika önmagában nem hozhatott létre ekkora képződményt. Az okokért a Mars mélyére kell pillantani. Ez ma még közvetlen eljárással nem lehetséges, de a tények alapján felállított geofizikai modellekkel már igen. Ezek a modellek azt jelzik, hogy a Mars korai vulkanikus története során egy kétpólusú, köpenyeredetû plume létezett a Mars kérge alatt. Később a kétpólusú plume-jelenség átalakult egypólusúvá, azaz egyetlen szuperfeláramlássá. Ezt a hatalmas átrendeződést egy extraterresztrikus hatás, egyapokaliptikus meteoritbecsapódás váltotta ki. Ennek az óriásbecsapódásnak a nyomát ma is őrzi a Mars felszínén a Hellas-area, ami ma a Mars legmélyebben fekvő és legsimább felszíni alakzata.A Mars mélyében ezalatt zajlott le az a hatalmas átrendeződés, ami feltételezhetően teljesen átrendezte a Mars köpenyét, és létrehozta az egyetlen superplume-ot, ami stacionárius jelenségként a Mars felszínére építette a Naprendszer legnagyobb vulkáni felépítményét.

A szuperfeláramlás is mozog…
A mikor kérdésére azonban ma sem tudunk még választ adni. Mint ahogy arra sem, hogy mi okozta a korai marsi lemeztektonika leállását, és a marsi mágneses mező megszûnését. Ezeket az izgalmas kérdéseket valószínûleg csak közvetlen mûszeres és/vagy emberes marsi expedíciók fogják megválaszolni. &Aacutem amíg ezekre várakozunk, egy másik érdekes, és jellemzően földi jelenségre is választ kaphatunk. Ez pedig annak felvetése, hogy a sokáig stacionáriusnak tartott földi plume-ok talán mégsem stabilak, hanem vándoroltak!

A geológus és geofizikus generációi szerte a világon azt tanulták, hogy a Hawaii-szigeteket és az Emperor tenger alatti hátságot egy stabilan egy helyben feláramló hot spot alakította ki, amely fölött az óceáni kőzetlemez szépen lassan elvándorolt. A közelmúltban a Stanford Egyetem kutatói Richard Tarduno vezetésével azt vetették fel: nem csak a kőzetlemezek mozoghatnak, hanem maga a feláramlási pont is! Elméletük kiindulási pontja az, hogy az Emperor-hátság vonalában van egy igen éles, délkeleti irányú törés, ami azt jelenti, hogy az óceáni lemez mozgása mintegy 40 millió évvel ezelőtt hirtelen irányt váltott északiról nyugatira. A problémát elemzendő, az Emperor-hegyhát északi láncának régen elsüllyedt vulkánjaiból mintát gyûjtöttek.

A több száz kőzetminta pontos korát K-Ar radiometrikus kormeghatározással datálták, míg a mágneses tulajdonságaikat a láva megszilárdulásakor az olvadékba fagyott mikroszkopikus magnetit-ásványok mágneses tulajdonságainak elemzésével vizsgálták. Meghökkentő eredményhez jutottak: az óceáni kőzetlemez egyáltalán nem váltott irányt, ugyanúgy vándorolt korábban is északi irányban. Ezzel szemben a feláramlási zóna, a korábban stacionáriusnak gondolt plume mozgott évi mintegy 4 cm-es sebességgel dél felé, majd állt meg egy helyben mintegy 20 millió évvel ezelőtt. Az elmélet eredményei oly mértékben rázták meg a geofizikus- társadalmat, hogy következményeinek értékelése a Földünk felépítéséről, a földköpeny dinamikai viszonyairól és összefüggéseikről alkotott eddigi elméleteink újragondolása jelenleg is zajlik. Hiába azonos tehát az a két folyamat, ami a Hawaii-szigeteket és Mars Olympus Mons-át létrehozta, Földünk e tekinteben is további feltárandó titkokat rejteget. És bármi meglepő, de ebben a Mars megismerése is segít… §

  • Földünk hatalmas dinamóként mûködik. Mágneses terét olvadt vas-nikkel magjának forgása gerjeszti. Ez a hatalmas erőtér körülöleli bolygónkat, és messze kiterjed a Földet körülvevő bolygóközi térbe, védve bolygónkat a kozmikus sugaraktól. De ugyanez a bonyolult belső szerkezetû mágneses tér felel a gyönyörû sarki fény (Aurora Borealis) létrejöttéért is. A Marsnak ma nincs hasonló védőernyője. &Aacutem egykor magja hasonló dinamóként mûködhetett. Erről tanúskodnak a Mars Global Surveyor által detektált, sávosan mágnesezett kőzetrészek, és a Mars felszínén itt-ott megfigyelhető reziduális mágnesség is, amely a korai Mars mágneses mezejének máig fennmaradó tanúi.