Равнину Элизий пересекает система разломов ― так называемые Борозды Цербера. Предполагается, что именно они послужили источником пирокластических выбросов общим объемом 11–28 миллионов кубических метров.

Данные, собранные станцией InSight начиная с февраля 2019 года, показали, что Борозды Цербера ― это центр сейсмической активности, которую вызывают процессы в магматическом резервуаре у подошвы коры. Причиной появления такого резервуара может быть как очаговое плавление на границе мантии и утолщенной коры или в мелкомасштабной конвективной ячейке, так и нагрев от восходящего потока в мантии.

Чтобы выяснить, как образуется магма под Бороздами Цербера, планетологи из Аризонского университета Адриен Броке (Adrien Broquet) и Джеффри Эндрюс-Ханна (Jeffrey Andrews-Hanna) привлекли геофизические и топографические данные. В основу модели они положили данные измерений гравитационных аномалий, учли наклон дна кратеров, а затем рассчитали поле напряжений коры в области Борозд Цербера.

Для анализа распределения аномалий силы тяжести ученые использовали глобальную карту аномалий GMM-3, построенную на данных о колебаниях высоты орбит трех аппаратов ― MGS, Mars Odyssey и MRO.

На этой карте был выбран участок равнины Элизий, протянувшийся в меридиональном направлении на достаточном удалении от массивной вулканической постройки, чтобы исключить ее вклад в аномалии. Оказалось, что профиль участка характеризуется положительной аномалией величиной до 50 миллигал. Эта аномалия отражает существование в коре крупной возвышенной структуры. Броке и Эндрюс-Ханна предположили, что своим возникновением она обязана мантийному плюму.

Исследователи промоделировали поднятие коры под воздействием плюма и получили результат, близкий к наблюдаемому рельефу в районе Борозд Цербера. Его топографические профили по направлениям север—юг и запад—восток показывают, что уровень поверхности здесь повышается примерно на километр относительно окружающей территории.

О том, что поверхность равнины Элизий вздувается, говорит и наклон дна кратеров вблизи разломов. Большинство импактных структур в исследуемой области оказались сильно разрушены или недостаточно велики для того, чтобы можно было уверенно определить наклон. Однако ученые нашли три кратера диаметром более 30 километров, практически не затронутых эрозией. Они аппроксимировали гладкими поверхностями профили этих кратеров в направлении на центр аномалии и получили хорошее соответствие с моделью приподнятой плюмом коры.

Расчет поля тектонических напряжений в этой модели показал, что кора в районе аномалии испытывает растяжение, а вокруг нее ― сжимается. Это сжатие носит глобальный характер и связано с остыванием Марса. Поэтому разломы Борозд Цербера находят объяснение только при введении плюма в модель напряжений. В его верхней части («голове») и в подошве литосферы возникают очаги плавления, и магма устремляется в ослабленные зоны коры, образуя дайковые интрузии. Разломы ― следствие этого процесса. Релаксация напряжений сопровождается марсотрясениями, что и подтверждают данные InSight.

Броке и Эндрюс-Ханна оценили диаметр головы плюма в 3600–4000 километров, что сопоставимо с размерами аналогичных структур на Земле, а толщину― в 200–500 километров. Проекция центра на поверхность отстоит от эпицентров ближайших марсотрясений всего на 200 километров.

Ограничения на толщину подпираемой плюмом коры установить пока трудно. Однако ученые указывают, что ее наращивание за счет внедрения интрузий необходимо учитывать при интерпретации данных сейсмографа SEIS на аппарате InSight. Его посадочная площадка расположена над головой плюма. Еще одна трудность в использовании данных InSight может возникнуть из-за того, что положительная термальная аномалия головы, которая должна составлять от 95 до 285 кельвин, локально понизит скорость поперечных сейсмических волн.

Источник: N+1

Оригинальная статья: https://www.nature.com/articles/s41550-022-01836-3