Wetenschappers hebben bewijs gevonden dat een regio in het noorden van Mars, Arabia Terra genaamd, gedurende een periode van 500 miljoen jaar duizenden "superuitbarstingen" heeft gekend, de grootste vulkaanuitbarstingen. Sommige vulkanen kunnen uitbarstingen produceren die zo krachtig zijn dat ze oceanen van stof en giftige gassen in de lucht uitstoten, het zonlicht blokkeren en het klimaat van een planeet voor tientallen jaren veranderen. Door de topografie en de minerale samenstelling van een deel van de Arabia Terra-regio in het noorden van Mars te bestuderen, hebben wetenschappers onlangs bewijs gevonden voor duizenden van dergelijke uitbarstingen, of "superuitbarstingen", die de hevigste vulkanische explosies zijn die we kennen.
Deze explosies, waarbij waterdamp, kooldioxide en zwaveldioxide de lucht in werden geslingerd, verscheurden het Marsoppervlak over een periode van 500 miljoen jaar, ongeveer 4 miljard jaar geleden. Wetenschappers rapporteerden deze schatting in een paper dat in juli 2021 werd gepubliceerd in het tijdschrift Geophysical Research Letters. "Elk van deze uitbarstingen zou een aanzienlijke invloed op het klimaat hebben gehad - misschien maakte het vrijgekomen gas de atmosfeer dikker of blokkeerde het de zon en maakte het de atmosfeer kouder," zei Patrick Whelley, een geoloog aan NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, die de Arabia Terra-analyse leidde. "Modelleurs van het Martiaanse klimaat zullen nog heel wat werk moeten verzetten om te proberen de impact van de vulkanen te begrijpen.
Nadat een vulkaan het equivalent van 400 miljoen zwembaden van Olympische grootte van gesmolten steen en gas door het oppervlak heeft geblazen en een dikke deken van as heeft verspreid tot duizenden kilometers van de plaats van uitbarsting, stort een vulkaan van deze omvang ineen tot een reusachtig gat dat een "caldera" wordt genoemd. Caldera's, die ook op Aarde bestaan, kunnen tientallen kilometers breed zijn. Zeven caldera's in Arabia Terra waren de eerste aanwijzingen dat in dit gebied ooit vulkanen hebben gelegen die tot superuitbarstingen in staat waren. In een studie uit 2013 stelden wetenschappers voor het eerst voor dat deze bekkens vulkanische caldera's waren, waarvan men dacht dat het depressies waren die miljarden jaren geleden door inslagen van asteroïden op het Martiaanse oppervlak waren achtergelaten. Ze merkten op dat ze niet perfect rond waren zoals kraters, en ze hadden enkele tekenen van instorting, zoals zeer diepe vloeren en banken van rots bij de wanden.
"We lazen dat artikel en waren geïnteresseerd in een vervolgonderzoek, maar in plaats van te zoeken naar de vulkanen zelf, zochten we naar de as, omdat je dat bewijs niet kunt verbergen," zei Whelley. Whelley en zijn collega's kwamen op het idee om naar bewijzen van as te zoeken na een ontmoeting met Alexandra Matiella Novak, een vulkanologe aan het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland. Matiella Novak had al gegevens van NASA's Mars Reconnaissance Orbiter gebruikt om elders op Mars as te vinden, dus werkte ze samen met Whelley en zijn team om specifiek in Arabia Terra te zoeken.
De analyse van het team was een vervolg op het werk van andere wetenschappers die eerder suggereerden dat de mineralen op het oppervlak van Arabia Terra van vulkanische oorsprong waren. Een andere onderzoeksgroep, die had ontdekt dat de Arabia Terra-bekkens caldera's konden zijn, had berekend waar as van mogelijke superuitbarstingen in die regio terecht zou zijn gekomen: benedenwinds, naar het oosten, zou het verdunnen, weg van het centrum van de vulkanen, of in dit geval, wat er van over is: de caldera's. "Op dat punt hebben we het opgepikt en gezegd: 'Oké, dit zijn mineralen die in verband worden gebracht met veranderde vulkanische as, wat al is gedocumenteerd, dus nu gaan we kijken hoe de mineralen zijn verdeeld om te zien of ze het patroon volgen dat we verwachten te zien bij superuitbarstingen,' zei Matiella Novak.
Het team gebruikte beelden van MRO's Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer voor Mars om de mineralen in het oppervlak te identificeren. In de wanden van ravijnen en kraters op honderden tot duizenden kilometers van de caldera's, waar de as door de wind is meegevoerd, identificeerden ze vulkanische mineralen die door water in klei zijn veranderd, waaronder montmorilloniet, imogoliet en allofaan. Daarna maakte het team, gebruikmakend van beelden van MRO-camera's, driedimensionale topografische kaarten van Arabia Terra. Door de mineraalgegevens over de topografische kaarten van de geanalyseerde ravijnen en kraters te leggen, konden de onderzoekers in de mineraalrijke afzettingen zien dat de aslagen zeer goed bewaard waren gebleven - in plaats van door wind en water in de war te zijn geraakt, was de as op dezelfde manier gelaagd als toen hij nog vers was. "Toen realiseerde ik me dat dit geen toevalstreffer is, maar een echt signaal," zegt Jacob Richardson, een geoloog bij NASA Goddard die samenwerkte met Whelley en Novak. "We zien nu echt wat voorspeld was en dat was het spannendste moment voor mij.
Dezelfde wetenschappers die de caldera's in 2013 oorspronkelijk identificeerden, berekenden ook hoeveel materiaal uit de vulkanen zou zijn geëxplodeerd, op basis van het volume van elke caldera. Met deze informatie konden Whelley en zijn collega's het aantal uitbarstingen berekenen dat nodig was om de dikte van de as te produceren die ze aantroffen. Het bleek dat er duizenden uitbarstingen waren, aldus Whelley. Een vraag die overblijft is hoe een planeet slechts één type vulkaan kan hebben die een regio vervuilt. Op aarde zijn vulkanen die in staat zijn tot superuitbarstingen - de meest recente barstte 76.000 jaar geleden uit in Sumatra, Indonesië - verspreid over de hele wereld en bestaan ze in dezelfde gebieden als andere vulkaantypes. Ook Mars heeft vele andere soorten vulkanen, waaronder de grootste vulkaan in het zonnestelsel, Olympus Mons. Olympus Mons is qua volume 100 keer groter dan de grootste vulkaan op aarde, Mauna Loa in Hawaii, en staat bekend als een "schildvulkaan", die lava afvoert langs een zacht glooiende berg. Arabia Terra heeft tot nu toe de enige bewijzen van explosieve vulkanen op Mars.
Het is mogelijk dat super-explosieve vulkanen geconcentreerd waren in regio's op Aarde, maar fysisch en chemisch zijn geërodeerd of over de aardbol zijn verplaatst toen continenten verschoven als gevolg van plaattektoniek. Dit soort explosieve vulkanen zou ook kunnen voorkomen in gebieden op Jupiters maan Io of zou zich kunnen hebben gegroepeerd op Venus. Hoe het ook zij, Richardson hoopt dat Arabia Terra wetenschappers iets nieuws zal leren over geologische processen die planeten en manen helpen vormen. "Mensen zullen ons artikel lezen en zeggen: 'Hoe? Hoe kan Mars dat doen? Hoe kan zo'n kleine planeet genoeg rots smelten om duizenden supererupties op één plek aan te drijven?", zei hij. "Ik hoop dat deze vragen tot veel ander onderzoek zullen leiden.
Bron: NASA
