Вулканическое плато Тарсис на Марсе

Введение

Вулканическое плато на Марсе

Тарсис (/'//θ//ɑːr//s//ᵻ//s/) – обширное вулканическое плато, расположенное вблизи экватора в западном полушарии Марса. В этом регионе находятся самые крупные вулканы в Солнечной системе, включая три огромных щитовых вулкана: Арсия Монс, Павонис Монс и Аскреус Монс, которые вместе известны как Тарсис Монтес. Самый высокий вулкан на планете, Олимп Монс, часто ассоциируется с районом Тарсис, но фактически расположен за пределами западной окраины плато. Название Тарсис является греко-латинской транслитерацией библейского Таршиша – земли на западном краю известного мира.

Местоположение и размер

Тарсис может иметь множество значений в зависимости от исторического и научного контекста. Это название обычно используется в широком смысле для обозначения континентального региона аномально возвышенной местности, расположенного к югу от экватора приблизительно на 265° восточной долготы. Этот обширный, возвышенный регион, называемый Тарсийским выступом или Тарсийским поднятием, доминирует в западном полушарии Марса и является крупнейшей топографической особенностью планеты после глобальной дихотомии. У Тарсиса нет чётко определённых границ, поэтому точно указать его размеры сложно. В целом, выступ простирается примерно на…

Подпровинции

Большая область Тарсис состоит из нескольких геологически различных субпровинций с разным возрастом и вулканической тектонической историей. Приведенные здесь подразделения неформальны и могут включать в себя полностью или частично другие формально названные физиографические особенности и регионы. Тарсис разделен на два широких поднятия: северное и более крупное южное. Северное поднятие частично перекрывает слабократерированные низменные равнины к северу от границы дихотомии. Этот регион доминируют Альба Монс и его обширные вулканические потоки. Альба Монс – это обширная, низменная вулканическая структура, уникальная для Марса. Альба Монс настолько велика и топографически отлична, что её можно рассматривать почти как целую вулканическую провинцию. Самая старая часть северного поднятия состоит из широкого топографического хребта, соответствующего сильно потрескавшейся местности Ceraunius Fossae. Хребет ориентирован с севера на юг и является частью ноахийского фундамента, на котором располагается Альба Монс. Также в северном поднятии находятся лавовые потоки формации Ceraunius Fossae, которые несколько старше амазонских потоков, составляющих большую часть центральной области Тарсис на юге. Большая южная часть Тарсиса (изображена справа) расположена на старой, сильнократерированной высокогорной местности. Её западная граница приблизительно определяется высокими лавовыми равнинами Daedalia Planum, которые плавно спускаются на юго-запад в области Memnonia и Terra Sirenum. На востоке южная выпуклость Тарсиса состоит из плато Thaumasia – обширного участка вулканических равнин шириной около 3000 км. Плато Thaumasia ограничено с запада сильно возвышенной зоной разломов (Claritas Fossae) и гор (Thaumasia Highlands), которые изгибаются на юг, затем на восток и северо-восток в широкой дуге, сравнимой с формой хвоста скорпиона. Провинция плато ограничена с севера Noctis Labyrinthus и западными тремя четвертями Valles Marineris. С востока она ограничена ориентированным с севера на юг хребтом, называемым поднятием Coprates. Эти границы охватывают широкое высокое плато и неглубокую внутреннюю впадину, включающие Syria, Sinai и Solis Planum (см. список равнин на Марсе). Наибольшие высоты плато на выпуклости Тарсиса достигаются в северной части Syria Planum, западной части Noctis Labyrinthus и равнинах к востоку от Arsia Mons. Между северной и южной частями выпуклости Тарсиса лежит относительно узкая, северо-восточная область, которую можно считать собственно Тарсисом или центральным Тарсисом. Она определяется тремя массивными вулканами Тарсис Montes (Arsia Mons, Pavonis Mons и Ascraeus Mons), рядом небольших вулканических образований и прилегающими равнинами, состоящими из молодых (средней и поздней амазонской) лавовых потоков. Центральный Тарсис имеет протяженность примерно и включает в себя большую часть области, охватываемой квадранглом Тарсис и северо-западную часть прилегающего квадрангла Phoenicis Lacus на юге. Olympus Mons и связанные с ним лавовые потоки и ореольные отложения образуют еще одну отчетливую субпровинцию региона Тарсис. Этот подрегион имеет размер примерно по диагонали. Он расположен в стороне от главной топографической выпуклости, но связан с вулканическими процессами, которые сформировали Тарсис, поднимаясь через мантию. Горячая точка производит огромное количество магмы в нижней коре, которая выбрасывается на поверхность в виде высокотекучей базальтовой лавы. Поскольку на Марсе отсутствует тектоника плит, лава может накапливаться в одном регионе в течение миллиардов лет, образуя огромные вулканические структуры. На Земле (и, вероятно, на Марсе) не вся магма, образующаяся в крупной магматической провинции, извергается на поверхность в виде лавы. Большая её часть задерживается в коре, где медленно остывает и затвердевает, образуя крупные интрузивные комплексы (плутоны). Если магма мигрирует по вертикальным разломам, она образует рои дамб, которые могут проявляться на поверхности в виде длинных линейных трещин (fossae) и цепей кратеров (catenae). Магма также может проникать в кору горизонтально в виде больших таблитчатых тел, таких как пороги и лаколиты, которые могут вызывать общее выпуклое поднятие и трещиноватость вышележащей коры. Таким образом, основная часть Тарсиса, вероятно, состоит из этих интрузивных комплексов в дополнение к лавовым потокам на поверхности. Один из ключевых вопросов о природе Тарсиса заключается в том, является ли выпуклость в основном продуктом активного подъема коры из-за плавучести, обеспечиваемой мантийным плюмом, или же это просто большая, статичная масса магматического материала, поддерживаемая литосферой. Теоретический анализ данных гравитации и рисунка разломов, окружающих Тарсис, указывает на то, что последнее более вероятно. Огромный вес провисания Тарсиса создал огромные напряжения в коре, образовав широкую впадину вокруг региона и сеть радиальных разломов, исходящих из центра выпуклости, которые простираются на полпути через планету. Геологические свидетельства, такие как направление потоков древних долин вокруг Тарсиса, указывают на то, что выпуклость в основном сформировалась к концу ноахийского периода. Хотя сама выпуклость древняя, вулканические извержения в регионе продолжались на протяжении всей марсианской истории и, вероятно, сыграли значительную роль в образовании атмосферы планеты и выветривании горных пород на поверхности планеты. По одной оценке, выпуклость Тарсиса содержит около 300 миллионов км³ магматического материала. Если предположить, что магма, образовавшая Тарсис, содержала углекислый газ (CO2) и водяной пар в процентах, сравнимых с наблюдаемыми в гавайской базальтовой лаве, то общее количество газов, выделенных из магм Тарсиса, могло бы создать атмосферу CO2 в 1,5 бар и глобальный слой воды толщиной 120 м, когда сернокислотное выветривание произвело обильные гидратированные сульфатные минералы, такие как кизерит и гипс.

The greater Tharsis region consists of several geologically distinct subprovinces with different ages and volcano tectonic histories. The subdivisions given here are informal and may rise all or parts of other formally named physiographic features and regions. Tharsis is divided into two broad rises: a northern and a larger southern rise. The northern rise partially overlies sparsely cratered, lowland plains north of the dichotomy boundary. This region is dominated by Alba Mons and its extensive volcanic flows. Alba Mons is a vast, low lying volcanic construct that is unique to Mars. Alba Mons is so large and topographically distinct that it can almost be treated as an entire volcanic province unto itself. The oldest part of the northern rise consists of a broad topographic ridge that corresponds to the highly fractured terrain of Ceraunius Fossae. The ridge is oriented north south and forms part of the Noachian aged basement on which Alba Mons sits. Also located in the northern rise are lava flows of the Ceraunius Fossae Formation, which are somewhat older than the Amazonian aged flows that make up much of the central Tharsis region to the south. The larger southern portion of Tharsis (pictured right) lies on old cratered highland terrain. Its western boundary is roughly defined by the high lava plains of Daedalia Planum, which slope gently to the southwest into the Memnonia and Terra Sirenum regions. To the east, the southern Tharsis bulge consists of the Thaumasia Plateau, an extensive stretch of volcanic plains about 3,000 km wide. The Thaumasia Plateau is bounded to the west by a highly elevated zone of fractures (Claritas Fossae) and mountains (the Thaumasia Highlands) that curves south then east to northeast in a wide arc that has been compared to the shape of a scorpion’s tail. The plateau province is bounded to the north by Noctis Labyrinthus and the western three quarters of Valles Marineris. It is bounded to the east by a north south oriented ridge called the Coprates rise. These boundaries enclose a broad high plateau and shallow interior basin that include Syria, Sinai, and Solis Plana (see list of plains on Mars). The highest plateau elevations on the Tharsis bulge occur in northern Syria Planum, western Noctis Labyrinthus, and the plains east of Arsia Mons. Between the northern and southern portions of the Tharsis bulge lies a relatively narrow, northeast trending region that may be considered Tharsis proper or central Tharsis. It is defined by the three massive Tharsis Montes volcanoes (Arsia Mons, Pavonis Mons, and Ascraeus Mons), a number of smaller volcanic edifices, and adjacent plains consisting of young (mid to late Amazonian) lava flows. Central Tharsis is approximately long and includes most of the region covered by the Tharsis quadrangle and the northwestern portion of the adjoining Phoenicis Lacus quadrangle to the south. Olympus Mons and its associated lava flows and aureole deposits form another distinct subprovince of the Tharsis region. This subregion is about across. It lies off the main topographic bulge, but is related to the volcanic processes that formed Tharsis.) rising through the mantle. The hot spot produces voluminous quantities of magma in the lower crust that is released to the surface as highly fluid, basaltic lava. Because Mars lacks plate tectonics, the lava is able to build up in one region for billions of years to produce enormous volcanic constructs. On Earth (and presumably Mars as well), not all of the magma produced in a large igneous province erupts at the surface as lava. Much of it stalls in the crust where it slowly cools and solidifies to produce large intrusive complexes (plutons). If the magma migrates through vertical fractures it produces swarms of dikes that may be expressed at the surface as long, linear cracks (fossae) and crater chains (catenae). Magma may also intrude the crust horizontally as large tabular bodies, such as sills and laccoliths, that can cause a general doming and fracturing of the overlying crust. Thus, the bulk of Tharsis is probably made of these intrusive complexes in addition to lava flows at the surface. One key question about the nature of Tharsis has been whether the bulge is mainly the product of active crustal uplifting from buoyancy provided by the underlying mantle plume or whether it is merely a large, static mass of igneous material supported by the underlying lithosphere. Theoretical analysis of gravity data and the pattern of faults surrounding Tharsis suggest the latter is more likely. The enormous sagging weight of Tharsis has generated tremendous stresses in the crust, producing a broad trough around the region and an array of radial fractures emanating from the center of the bulge that stretches halfway across the planet. Geologic evidence, such as the flow direction of ancient valley networks around Tharsis, indicates that the bulge was largely in place by the end of the Noachian Period, Although the bulge itself is ancient, volcanic eruptions in the region continued throughout Martian history and probably played a significant role in the production of the planet's atmosphere and the weathering of rocks on the planet's surface. By one estimate, the Tharsis bulge contains around 300 million km3 of igneous material. Assuming the magma that formed Tharsis contained carbon dioxide (CO2) and water vapor in percentages comparable to that observed in Hawaiian basaltic lava, then the total amount of gases released from Tharsis magmas could have produced a 1.5 bar CO2 atmosphere and a global layer of water 120 m thick.) when sulfuric acid weathering produced abundant hydrated sulfate minerals such as kieserite and gypsum.

Настоящий полярный поход на Марсе

Общая масса выпуклости Тарсис составляет примерно 10^21 кг, что сопоставимо с массой карликовой планеты Церера. Тарсис настолько велик и массивен, что, вероятно, повлиял на момент инерции планеты, возможно, вызвав изменение ориентации коры планеты относительно её оси вращения с течением времени. Согласно одному из недавних исследований, Тарсис первоначально сформировался примерно на 50° северной широты и мигрировал к экватору между 4,2 и 3,9 миллиардами лет назад. Такие сдвиги, известные как истинное полярное блуждание, привели бы к резким изменениям климата на обширных территориях планеты. Более позднее исследование, опубликованное в журнале Nature, подтвердило факт полярного блуждания, однако авторы полагают, что извержения в Тарсисе произошли в несколько другое время.

Вулканизм

Исследования космических аппаратов за последние два десятилетия показали, что вулканы на других планетах могут принимать самые неожиданные формы. Параллельно геологи обнаружили, что вулканы на Земле обладают большей структурной сложностью и динамизмом, чем считалось ранее. Недавние работы были направлены на уточнение определения вулкана, чтобы включить геологические образования самых разных форм, размеров и составов по всей Солнечной системе. Одним из удивительных и противоречивых выводов этого синтеза идей является предположение, что регион Тарсис может представлять собой единый гигантский вулкан. Это – тезис геологов Андреа Борджиа и Джона Мюррея, представленный в специальном издании Геологического общества Америки в 2010 году. Ключ к пониманию того, как обширная магматическая провинция, подобная Тарсису, может сама быть вулканом, заключается в пересмотре представления о вулкане – от простого конического строения к пониманию его как среды или "холистической" системы. Согласно общепринятой в геологии точке зрения, вулканы пассивно наращиваются из лавы и пепла, извергающихся через трещины и разломы в земной коре. Эти разломы образуются под действием региональных тектонических сил, действующих в коре и нижележащей мантии. Традиционно вулканологи и петрологи магматических пород изучают сам вулкан и его магматические каналы, в то время как тектонические особенности – предмет изучения структурных геологов и геофизиков. Однако недавние исследования крупных земных вулканов показывают, что грань между вулканическими и тектоническими процессами довольно размыта, и между ними существует значительное взаимодействие. Многие вулканы формируют деформационные структуры в процессе роста. Фланги вулканов часто демонстрируют поверхностные гравитационные обвалы, разломы и связанные с ними складки. Крупные вулканы растут не только за счет добавления изверженного материала к своим флангам, но и за счет бокового распространения у основания, особенно если они расположены на слабых или пластичных породах. По мере увеличения размера и веса вулкана напряженное состояние под ним меняется от компрессионного к экстенсионному. У основания вулкана может развиться подземный разлом, где происходит раскол коры. Это вулканическое распространение может инициировать дальнейшую структурную деформацию в виде надвигов вдоль дистальных флангов вулкана, грабенов и нормальных разломов по всему массиву, а также катастрофического обрушения флангов (секторального коллапса). Математический анализ показывает, что вулканическое распространение происходит на вулканах различных масштабов и теоретически аналогично крупномасштабному рифтингу, наблюдаемому на срединно-океанических хребтах (дивергентных границах плит). Таким образом, с этой точки зрения, различие между тектонической плитой, распространяющимся вулканом и рифтом становится нечетким, поскольку все они являются частью одной и той же геодинамической системы. По мнению Борджиа и Мюррея, гора Этна на Сицилии является хорошим земным аналогом гораздо более крупного возвышения Тарсис, которое они рассматривают как один огромный вулкан, названный Тарсисским поднятием. Этна – сложный распространяющийся вулкан, характеризующийся тремя основными структурными особенностями: вулканической рифтовой системой, пересекающей вершину в северо-северо-восточном направлении; периферическим компрессионным поясом (зоной надвига), окружающим основание вулкана; и восточно-северо-восточной системой транстенсиональных (наклонных нормальных) разломов, соединяющих рифт вершины с периферической зоной надвига. Вершина вулкана содержит множество крутых конусов, которые часто активны. Весь массив также усеян большим количеством небольших паразитических конусов. Структурное сходство горы Этна с Тарсисским поднятием поразительно, хотя последний примерно в 200 раз больше. По мнению Борджиа и Мюррея, Тарсис напоминает очень крупный распространяющийся вулкан. Как и в случае с Этной, распространение привело к образованию рифта через вершину поднятия и системы радиальных разрывных разломов, соединяющих рифт с базальным компрессионным поясом. Система разрывных разломов на Тарсисе представлена радиальными бороздами, крупнейшим примером которых является Долина Маринер. Зона надвига видна как Таумасийское нагорье. В отличие от Земли, где рифтинг плит приводит к образованию соответствующей зоны субдукции, толстая литосфера Марса не способна погружаться в мантию. Вместо этого сжатая зона смята и сдвигается в боковом направлении, образуя горные хребты в процессе, называемом обдукцией. Чтобы завершить аналогию, огромные горы Олимп и горы Тарсис являются лишь вершинными конусами или паразитическими конусами на гораздо более крупном вулканическом массиве.

Spacecraft exploration over the last two decades has shown that volcanoes on other planets can take many unexpected forms. Over the same time period, geologists were discovering that volcanoes on Earth are more structurally complex and dynamic than previously thought. Recent work has attempted to refine the definition of a volcano to incorporate geologic features of widely different shapes, sizes, and compositions throughout the Solar System. One surprising and controversial conclusion from this synthesis of ideas is that the Tharsis region may be a single giant volcano. This is the thesis of geologists Andrea Borgia and John Murray in a Geological Society of America special paper published in 2010. The key to understanding how a vast igneous province like Tharsis can itself be a volcano is to re think the notion of volcano from one of simple conical edifice to that of an environment or "holistic" system. According to the conventional view in geology, volcanoes passively build up from lava and ash erupted above fissures or rifts in the crust. The rifts are produced through regional tectonic forces operating in the crust and underlying mantle. Traditionally, the volcano and its magmatic plumbing have been studied by volcanologists and igneous petrologists, while the tectonic features are the subject for structural geologists and geophysicists. However, recent work on large terrestrial volcanoes indicates that the distinction between volcanic and tectonic processes is quite blurry, with significant interplay between the two. Many volcanoes produce deformational structures as they grow. The flanks of volcanoes commonly exhibit shallow gravity slumps, faults and associated folds. Large volcanoes grow not only by adding erupted material to their flanks, but also by spreading laterally at their bases, particularly if they rest on weak or ductile materials. As a volcano grows in size and weight, the stress field underneath the volcano changes from compressional to extensional. A subterranean rift may develop at the base of the volcano where the crust is wrenched apart. This volcanic spreading may initiate further structural deformation in the form of thrust faults along the volcano's distal flanks, pervasive grabens and normal faults across the edifice, and catastrophic flank failure (sector collapse). Mathematical analysis shows that volcanic spreading operates on volcanoes at a wide range of scales and is theoretically similar to the larger scale rifting that occurs at mid ocean ridges (divergent plate boundaries). Thus, in this view, the distinction between tectonic plate, spreading volcano, and rift is nebulous, all being part of the same geodynamic system. According to Borgia and Murray, Mount Etna in Sicily is a good terrestrial analogue for the much larger Tharsis bulge, which to them is one immense volcano they call Tharsis Rise. Mount Etna is a complex spreading volcano that is characterized by three main structural features: a volcanic rift system that crosses the summit in a north northeast direction; a peripheral compression belt (thrust front) surrounding the base of the volcano; and an east northeast trending system of transtensional (oblique normal) faults that connect the summit rift to the peripheral thrust front. The volcano's peak contains an array of steep summit cones, which are frequently active. The entire edifice is also peppered with a large number of small parasitic cones. The structural similarities of Mount Etna to Tharsis Rise are striking, even though the latter is some 200 times larger. In Borgia and Murray's view, Tharsis resembles a very large spreading volcano. As with Etna, the spreading has produced a rift through the summit of the rise and a system of radial tear faults that connect the rift to a basal compression belt. The tear fault system on Tharsis is represented by the radial fossae, of which Valles Marineris is the largest example. The thrust front is visible as the Thaumasia Highlands. Unlike on Earth, where the rifting of plates produces a corresponding subduction zone, the thick lithosphere of Mars is unable to descend into the mantle. Instead, the compressed zone is scrunched up and sheared laterally into mountain ranges, in a process called obduction. To complete the analogy, the huge Olympus Mons and the Tharsis Montes are merely summit cones or parasitic cones on a much larger volcanic edifice.

Тарсис в популярной культуре

В Хрониках Дракона город Тарсис — портовый город, который стал внутренним после Катаклизма, приведшего к отступлению моря. Его прибрежный район располагался на западной стороне города. В трилогии Марса Ким Стэнли Робинсона три крупных города — Каир, Шеффилд и Никосия — находятся в этом регионе, а также часто упоминаются Ноктис-лабиринт и окрестности. Тарсис появляется в японской манге и аниме 2002 года «Голоса далёкой звезды», где происходит первая встреча человечества с инопланетной расой, называемой тарсианами. В аниме «Ковбой Бибоп» штаб-квартира Синдиката Красного Дракона находится в городе Тарсис. Плато Тарсис является основным местом действия романа «Механикум» Грэма МакНилла, 9-й книги серии «Ересь Хоруса». В книге в её начале включена карта региона, связанная с сюжетом (иллюстрация Адриана Вуда). В эпизоде «Der Dieb» сериала Sealab 2021 капитан Мерфи упоминает регион Тарсис на Марсе: «Тогда, с этого момента, я официально женат на Адриенне Барбо, королеве Марса от Олимпа Монс до Тарсиса». Действие видеоигры Red Faction: Guerrilla полностью разворачивается в регионе Тарсис. Также в игре предполагается, что печально известный горнодобывающий комплекс корпорации Ultor также находился в Тарсисе. В романе 2005 года «Спин» Роберта Чарльза Уилсона возвращение на Землю начинается с Тарсиса спустя 100 000 лет после колонизации Марса, но до того, как Марс будет окутан спином. В игре Myth II: Soulblighter Тарсис — это название вулкана, который играет важную роль в финальном уровне. Тарсис — это название инди-игры на Steam, основанной на миссии в этот регион. Однако она не предполагает посадку там. В видеоигре Destiny есть отсылка к Тарсису в одном из её местоположений, названном Tharsis Junction. Один из катафрактов из аниме «Алдноа. Ноль» назван Тарсис. Его первоначальный пилот является частью организации, служащей империи, базирующейся на планете Марс. В серии «Космическое откровение» Аластера Рейнольдса «Битва за Тарсисский выступ» неоднократно упоминается Конъюнкторами. В романе Наташи Пулли «Дом на Марсе» (опубликованном 19 марта 2024 года) Тарсис — это название терраформированной колонии на Марсе.

In the Dragonlance Chronicles, the City of Tarsis is a port town which has become landlocked after the Cataclysm led to the recession of the sea. Its waterfront district was located on the west side of the city. In Kim Stanley Robinson's Mars trilogy, three major cities—Cairo, Sheffield, and Nicosia—are located in this region, as well as many mentions of Noctis Labyrinthus and the surrounding areas. Tharsis appears in the 2002 Japanese manga and anime Voices of a Distant Star, where the first encounter took place between mankind and an alien race referred to as Tarsians. In the anime Cowboy Bebop, the headquarters of the Red Dragon Syndicate is in Tharsis City. The Tharsis plateau is a main setting of the Horus Heresy novel Mechanicum by Graham McNeill, Book 9 of the Horus Heresy book series. The book includes a story related map of the region (by illustrator Adrian Wood) in its front matter. In the "Der Dieb" episode of Sealab 2021, Captain Murphy makes references to the Tharsian region on Mars: "Then, as of this moment, I am hereby married to Adrienne Barbeau, queen of Mars from Olympus Mons to Tharsis." The video game Red Faction: Guerrilla takes place entirely in the Tharsis region. Also in the game, it is proposed that the infamous Ultor Corporation's mining complex was also in Tharsis. In the 2005 novel Spin by Robert Charles Wilson, the return trip to Earth is launched from Tharsis after 100,000 years since Martian colonization, but before Mars is enveloped by the spin. In the game Myth II: Soulblighter, Tharsis is the name of a volcano that features heavily in the final level. Tharsis is the name of an independent game on Steam based on a mission to the region. However, it does not involve landing there. The video game Destiny has a reference to Tharsis in one of their locations named Tharsis Junction. One of the Kataphrakts of the anime Aldnoah. Zero is named Tharsis. Its original pilot is part of an organization that serves an empire based on the planet of Mars. In the Revelation Space series by Alastair Reynolds, the "Battle of Tharsis Bulge" is referenced several times by the Conjoiners. In Natasha Pulley's novel The Mars House (published 19 March 2024), Tharsis is the name of a terraformed Mars colony.