今日、火星は寒くて乾燥した地質学的に死んだ惑星であることはよく理解されています。しかし、数十億年前のまだ若い頃、この惑星はより高密度の大気を誇り、その表面には液体の水がありました。何百万年も前に、大量の火山活動も経験し、その結果、太陽系で最大の火山であるオリンパスモンスのような巨大な地形が形成されました。
最近まで、科学者たちは、火星の火山活動が、地球が何十億年もの間欠けていた構造運動以外の情報源によって推進されてきたことを理解していました。しかし、火星の岩石サンプルの研究を行った後、イギリスとアメリカの研究者チームは、数十年前、火星は以前考えられていたよりも火山活動が活発だったと結論付けました。
彼らの研究は、「プルームが供給された火山の年代測定を介して火星の脈をとる」と題され、最近科学ジャーナルに掲載されました 自然コミュニケーション。スコットランド大学環境研究センター（SUERC）とグラスゴー大学地理地球科学部の研究者であるベンジャミンコーエンが率いるチームは、火星の隕石のサンプルを使用して火星の火山の過去の分析を行いました。
地球上では、火山活動の大部分はプレートテクトニクスの結果として発生し、プレートテクトニクスは地球のマントル内の対流によって駆動されます。しかし火星では、火山活動の大部分はマントルのプルームの結果です。これは、マントルの深部から上昇する、局所性の高いマグマの湧昇です。これは、過去数十億年間、火星の表面が静止していて涼しいという事実によるものです。
このため、火星火山は（形態学では地球上の火山をシールドするのと似ていますが）地球上の火山よりもはるかに大きなサイズに成長します。たとえば、オリンパスモンスは、火星で最大のシールド火山であるだけでなく、太陽系でも最大です。地球上で最も高い山–エベレスト–高さは8,848 m（29,029フィート）、オリンパスモンスの高さは約22 km（13.6マイルまたは72,000フィート）です。
彼らの研究のために、コーエン博士と彼の同僚は、地球上の火山の年代と噴火率を決定するために一般的に使用される放射線透視年代測定法を使用しました。しかし、そのような技術は、火星のシールド火山には以前は使用されていませんでした。その結果、火星の隕石サンプルに関するチームの研究は、火星の火山における成長率の最初の詳細な分析でした。
彼らが調べた6つのサンプルは、およそ13億年前に玄武岩質マグマから形成された火星隕石のクラスであるナフライトとして知られています。これらは、衝突イベントによって火星の正面から爆破された後、およそ1100万年前に地球にやって来ました。火星の隕石の分析を行うことで、チームは火星の火山の過去に関する約9000万年分の新しい情報を明らかにすることができました。
コーエン博士がグラスゴー大学のプレスリリースで説明したように：
「以前の研究から、ナクライト隕石は火山岩であることを知っています。近年の年代測定手法の開発により、ナフライトは火星の火山についてさらに学ぶのに役立つ候補として最適でした。」
最初のステップは、岩石サンプルが実際に火星起源であることを実証することでした。チームは、宇宙線への曝露を測定することでこれを確認しました。このことから、彼らは岩が1100万年前に火星の表面から放出されたと判断しました。おそらく火星の表面への衝撃イベントの結果です。彼らは次に、 40Ar /39アーデート。
これは、希ガス質量分析計を使用して、サンプルに蓄積されたアルゴンの量を測定することで構成されました。これは、カリウムの自然放射性崩壊の結果です。このことから、彼らは火星表面に関する9000万年分の新しい情報を得ることができました。それらの分析の結果は、地球と火星の間の火山の歴史に大きな違いがあることを示しました。コーエン博士が説明したように：
「ナクライトは9千万年の間に4回以上の噴火から形成されたことがわかりました。これは火山にとって非常に長い時間であり、通常は数百万年しか活動していない陸上の火山の期間よりもはるかに長いです。そして、これは火山の表面を傷つけているだけであり、非常に少量の岩石のみが衝突クレーターによって噴出されたであろう–したがって、火山はずっと長い間活動していたに違いない。」
さらに、チームは、岩石のサンプルがどの火山から来たかを絞り込むこともできました。 NASAが実施した以前の研究では、ナクライトの発生源であると考えられるいくつかの候補が明らかになりました。しかし、火山噴火の年代とサンプルを宇宙に放出したであろう影響の点で、結果に一致した場所は1つだけでした。
この特定のクレーター（現在は名前が付けられていません）は、高さ12.6 km（7.8マイル）のElysium Mons火山の頂上から約900 km（560マイル）離れたElysium Planitiaとして知られる火山平野にあります。また、NASA好奇心探査機の現在の北約2000 km（1243マイル）にもあります。コーエンが説明したように、NASAにはこの特定のクレーターの驚くほど詳細な衛星画像があります。
「幅は6.5 kmで、残骸の噴出物光線を保存しています」と彼は言った。 「クレーターの壁に複数の水平な帯が見えました。これは岩が層を形成しており、各層が個別の溶岩流として解釈されていることを示しています。この研究により、ナフライト隕石の歴史、ひいては太陽系で最大の火山の歴史をより明確に把握することができました。」
将来的には、火星への見本の返送と乗組員の任務が、この状況をさらに明確にするでしょう。火星は地球と同様に地球型惑星であることを考えると、その地質の歴史について私たちができることをすべて知っていると、最終的に太陽系の岩石の多い惑星がどのように形成されたかについての理解が深まります。つまり、火星の火山の歴史について知るほど、太陽系の形成と進化について知ることができるようになります。
