Нойский период — геологическая система и ранний период времени на планете Марс, характеризующийся высокой частотой падения метеоритов и астероидов и возможным наличием обильной поверхностной воды . [1] Абсолютный возраст Нойского периода не определен, но, вероятно, соответствует лунному донектарийскому — раннему имбрийскому периодам [2] от 4100 до 3700 миллионов лет назад, в течение интервала, известного как поздняя тяжелая бомбардировка . [3] Многие из крупных ударных бассейнов на Луне и Марсе образовались в это время. Нойский период примерно эквивалентен земному гадейскому и раннему архейскому эонам, когда, вероятно, возникли первые формы жизни на Земле. [4]
Территории Марса Нойского периода являются основными местами посадки космических аппаратов для поиска ископаемых свидетельств жизни . [5] [6] [7] В Нойский период атмосфера Марса была плотнее, чем сегодня, и климат, возможно, был достаточно теплым (по крайней мере эпизодически), чтобы выпадали осадки. [8] В южном полушарии были большие озера и реки, [9] [10] а низменные северные равнины, возможно, покрывал океан. [11] [12] В регионе Фарсида происходил обширный вулканизм , в результате которого образовывались огромные массы вулканического материала ( выступ Фарсиды ) и в атмосферу выбрасывалось большое количество газов. [3] Выветривание поверхностных пород привело к образованию разнообразных глинистых минералов ( филлосиликатов ), которые образовались в химических условиях, благоприятствующих микробной жизни . [13] [14]
Хотя имеются многочисленные геологические свидетельства наличия поверхностной воды в начале истории Марса, природа и время климатических условий, при которых эта вода появилась, являются предметом активных научных дебатов. [15] Сегодня Марс представляет собой холодную, гипераридную пустыню со средним атмосферным давлением менее 1% от земного. Жидкая вода нестабильна и либо замерзает, либо испаряется в зависимости от сезона и местоположения (см. Вода на Марсе ). Согласование геологических свидетельств речных долин и озер с компьютерными климатическими моделями Нойского Марса было серьезной проблемой. [16] Модели, которые постулируют толстую атмосферу из углекислого газа и последующий парниковый эффект , с трудом воспроизводят более высокие средние температуры, необходимые для обильного количества жидкой воды. Это отчасти потому, что Марс получает менее половины солнечной радиации, чем Земля, и потому, что солнце во время Нойского периода было всего около 75% от своей сегодняшней яркости. [17] [18] В результате некоторые исследователи теперь отдают предпочтение общему климату Нойской эпохи, который был «холодным и ледяным», прерываемым кратковременными (сотни-тысячи лет) климатическими экскурсиями, достаточно теплыми, чтобы растопить поверхностный лед и создать речные особенности, наблюдаемые сегодня. [19] Другие исследователи утверждают, что ранний Марс был полузасушливым с по крайней мере кратковременными периодами осадков, согреваемых атмосферой из углекислого газа и водорода. [20] Причины периодов потепления остаются неясными, но могут быть связаны с крупными ударами, извержениями вулканов или орбитальным воздействием . В любом случае кажется вероятным, что климат на протяжении Нойской эпохи не был равномерно теплым и влажным. [21] В частности, большая часть речной и озерной активности, по-видимому, происходила в течение относительно короткого интервала в конце Нойской эпохи и продолжалась в начале Гесперианской эпохи . [22] [23] [24]
Система и период Ноя названы в честь Noachis Terra (дословно «Земля Ноя »), сильно кратерированного высокогорного региона к западу от бассейна Эллада . Типовая область системы Ноя находится в четырехугольнике Ноя (MC-27) около 40°S 340°W / 40°S 340°W / -40; -340 . [2] В крупном масштабе (>100 м) поверхности Ноя очень холмистые и неровные, внешне напоминающие лунные возвышенности . Ландшафты Ноя состоят из перекрывающихся и переслаивающихся слоев выбросов множества старых кратеров. Также распространены гористые материалы обода и поднятые породы фундамента из крупных ударных бассейнов. [25] (См. , например, Anseris Mons .) Плотность крупных ударных кратеров очень высока, около 200 кратеров диаметром более 16 км на миллион км 2 . [26] Единицы Нойского периода покрывают 45% поверхности Марса; [27] они встречаются в основном в южных высокогорьях планеты, но также присутствуют на больших территориях на севере, таких как Темпе и Ксанфе Терре, Ахеронские впадины и вокруг бассейна Изиды ( Ливийские горы ). [28] [29]
Эпохи:
Марсианские временные периоды основаны на геологическом картировании единиц поверхности с помощью снимков космических аппаратов . [25] [30] Единица поверхности — это местность с отчетливой текстурой, цветом, альбедо , спектральным свойством или набором форм рельефа, которые отличают ее от других единиц поверхности и достаточно велики, чтобы быть отображенными на карте. [31] Картографы используют стратиграфический подход, впервые примененный в начале 1960-х годов для фотогеологических исследований Луны . [ 32] Хотя единица поверхности основана на характеристиках поверхности, она не является самой поверхностью или группой форм рельефа . Это предполагаемая геологическая единица (например, формация ), представляющая собой пластообразное, клиновидное или плитообразное тело породы, которое лежит под поверхностью. [33] [34] Единица поверхности может быть кратерным выбросом, отложением, потоком лавы или любой поверхностью, которая может быть представлена в трех измерениях как дискретный слой, ограниченный выше или ниже смежными единицами (показано справа). Используя такие принципы, как суперпозиция (показано слева), сквозные связи и связь плотности ударных кратеров с возрастом, геологи могут разместить единицы в относительной возрастной последовательности от самых старых к самым молодым. Единицы схожего возраста группируются глобально в более крупные, хроностратиграфические ( хроностратиграфические ) единицы, называемые системами . Для Марса определены четыре системы: донойская, нойская, гесперийская и амазонская. Геологические единицы, лежащие ниже (старше) нойской, неформально называются донойской . [35] Геологическим временным ( геохронологическим ) эквивалентом Нойской системы является Нойский период. Скальные или поверхностные единицы Нойской системы были сформированы или отложены во время Нойского периода.
Система и период не являются взаимозаменяемыми терминами в формальной стратиграфической номенклатуре, хотя их часто путают в популярной литературе. Система — это идеализированная стратиграфическая колонка, основанная на физической записи горных пород типовой области (типовой секции), коррелируемой с секциями горных пород из многих различных мест по всей планете. [37] Система ограничена сверху и снизу слоями с отчетливо различающимися характеристиками (на Земле, как правило, индексными окаменелостями ), которые указывают на резкие (часто резкие) изменения в доминирующей фауне или условиях окружающей среды. (См. границу мелового и палеогенового периодов в качестве примера.)
В любом месте участки горных пород в данной системе склонны содержать пробелы ( несогласия ), аналогичные отсутствующим страницам в книге. В некоторых местах породы из системы полностью отсутствуют из-за неотложения или более поздней эрозии. Например, породы меловой системы отсутствуют на большей части восточной центральной части Соединенных Штатов. Однако временной интервал мелового периода (меловой период) все еще имел место там. Таким образом, геологический период представляет собой временной интервал, в течение которого отлагались слои системы, включая любые неизвестные количества времени, присутствующие в пробелах. [37] Периоды измеряются в годах и определяются радиоактивным датированием . На Марсе радиометрический возраст недоступен, за исключением марсианских метеоритов , происхождение и стратиграфический контекст которых неизвестны. Вместо этого абсолютный возраст на Марсе определяется плотностью ударных кратеров, которая в значительной степени зависит от моделей образования кратеров с течением времени. [38] Соответственно, даты начала и окончания марсианских периодов неопределенны, особенно для границы Гесперианского и Амазонского периодов, которые могут быть ошибочными в 2 или 3 раза. [35] [39]
Во многих областях планеты верхняя часть Нойской системы покрыта более редко кратерированными, хребтовыми равнинами, материалы которых интерпретируются как обширные потоки базальтов, похожие по составу на лунные моря . Эти хребтовые равнины образуют основание более молодой Гесперианской системы (на фото справа). Нижняя стратиграфическая граница Нойской системы формально не определена. Первоначально система была задумана как охватывающая скальные единицы, датируемые образованием коры 4500 миллионов лет назад. [25] Однако работа Герберта Фрея и его коллег из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА с использованием данных орбитального лазерного высотомера Марса (MOLA) показывает, что южные возвышенности Марса содержат многочисленные погребенные ударные бассейны (называемые квазикруглыми впадинами, или QCD), которые старше видимых поверхностей Нойского возраста и которые предшествуют удару Эллады. Он предполагает, что удар Эллады должен отмечать основание Нойской системы. Если Фрей прав, то большая часть коренных пород марсианских нагорий имеет донойский возраст, более 4100 миллионов лет назад. [40]
Нойская система подразделяется на три хроностратиграфических ряда : нижненойхский, средненойхский и верхненойхский. Ряды основаны на референтах или местоположениях на планете, где поверхностные единицы указывают на отличительный геологический эпизод, распознаваемый во времени по возрасту кратеров и стратиграфическому положению. Например, референт для верхненойхского периода — это область гладких межкратерных равнин к востоку от бассейна Аргир . Равнины лежат над (моложе) более пересеченной кратерированной местностью средненойхского периода и подстилаются (старше) менее кратерированными, хребтовыми равнинами нижнегесперианского периода. [2] [41] Соответствующими геологическими временными (геохронологическими) единицами трех ноахских рядов являются ранненойхская, средненойхская и поздненойхская эпохи . Обратите внимание, что эпоха — это подразделение периода; эти два термина не являются синонимами в формальной стратиграфии.
Стратиграфические термины часто сбивают с толку геологов и негеологов. Один из способов разобраться в этой трудности — следующий пример: вы можете легко поехать в Цинциннати, штат Огайо , и посетить выход горной породы в верхнем ордовикском отделе ордовикской системы. Вы даже можете собрать там ископаемый трилобит . Однако вы не можете посетить позднеордовикскую эпоху в ордовикском периоде и собрать настоящего трилобита.
Схема формальной стратиграфической номенклатуры, основанная на Земле, успешно применяется к Марсу уже несколько десятилетий, но имеет множество недостатков. Схема, несомненно, будет усовершенствована или заменена по мере поступления большего количества более качественных данных. [42] (См. минералогическую хронологию ниже в качестве примера альтернативы.) Получение радиометрического возраста образцов из идентифицированных поверхностных единиц, очевидно, необходимо для более полного понимания марсианской истории и хронологии. [43]
Нойский период отличается от более поздних периодов высокой скоростью ударов, эрозии, образования долин, вулканической активности и выветривания поверхностных пород, что приводит к образованию обильных филлосиликатов ( глинистых минералов ). Эти процессы подразумевают более влажный глобальный климат с по крайней мере эпизодическими теплыми условиями. [3]
Данные о лунных кратерах показывают, что частота ударов во внутренней части Солнечной системы 4000 миллионов лет назад была в 500 раз выше, чем сегодня. [44] В Нойскую эпоху на Марсе образовывался примерно один кратер диаметром 100 км каждый миллион лет, [3] при этом частота более мелких ударов была экспоненциально выше. [a] Такие высокие частоты ударов могли бы разломить кору на глубину в несколько километров [46] и оставить толстые отложения выбросов по всей поверхности планеты. Большие удары могли бы глубоко повлиять на климат, высвободив огромное количество горячих выбросов, которые нагревали атмосферу и поверхность до высоких температур. [47] Высокие частоты ударов, вероятно, сыграли роль в удалении большей части ранней атмосферы Марса посредством ударной эрозии. [48]
По аналогии с Луной, частые удары создали зону трещиноватой коренной породы и брекчии в верхней части земной коры, называемую мегареголитом . [50] Высокая пористость и проницаемость мегареголита обеспечили глубокую инфильтрацию грунтовых вод . Тепло, выделяемое ударом, реагируя с грунтовыми водами, создало долгоживущие гидротермальные системы, которые могли бы использоваться термофильными микроорганизмами , если бы таковые существовали. [51] Компьютерные модели переноса тепла и жидкости в древней марсианской коре предполагают, что продолжительность жизни гидротермальной системы, образовавшейся в результате удара, может составлять от сотен тысяч до миллионов лет после удара. [52]
Большинство крупных кратеров Нойского периода имеют изношенный вид, с сильно эродированными краями и заполненными осадками внутренними частями. Деградированное состояние кратеров Нойского периода, по сравнению с почти нетронутым видом кратеров Гесперианского периода, которые всего на несколько сотен миллионов лет моложе, указывает на то, что скорость эрозии была выше (примерно в 1000–100 000 раз [53] ) в Нойский период, чем в последующие периоды. [3] Наличие частично эродированной (вытравленной) местности в южных нагорьях указывает на то, что до 1 км материала было эродировано в Нойский период. Эти высокие скорости эрозии, хотя и ниже средних наземных скоростей, как полагают, отражают более влажные и, возможно, более теплые условия окружающей среды. [54]
Высокие скорости эрозии в Нойский период могли быть вызваны осадками и поверхностным стоком . [8] [55] Многие (но не все) территории Нойского периода на Марсе густо расчленены сетями долин . [3] Сети долин представляют собой разветвленные системы долин, которые внешне напоминают земные речные водосборные бассейны . Хотя их основное происхождение (дождевая эрозия, подземные воды или таяние снега) все еще является предметом споров, сети долин редки в последующие марсианские периоды времени, что указывает на уникальные климатические условия в Нойские времена.
По крайней мере, две отдельные фазы формирования сети долин были выявлены в южных высокогорьях. Долины, которые образовались в раннем и среднем нойском периодах, демонстрируют плотную, хорошо интегрированную структуру притоков, которая очень напоминает дренажные структуры, сформированные осадками в пустынных регионах Земли. Более молодые долины от позднего нойского до раннего гесперийского периода обычно имеют только несколько коротких притоков с междуречными областями (возвышенными участками между притоками), которые являются широкими и нерасчлененными. Эти характеристики предполагают, что более молодые долины были сформированы в основном за счет подземных вод . Если эта тенденция изменения морфологии долин со временем реальна, это будет указывать на изменение климата от относительно влажного и теплого Марса, где осадки были возможны изредка, к более холодному и более засушливому миру, где осадки были редки или отсутствовали. [56]
Вода, стекающая через сети долин, скапливалась в низменных внутренних частях кратеров и в региональных впадинах между кратерами, образуя большие озера. Более 200 озер Нойского периода были обнаружены в южных высокогорьях, некоторые из которых были такими же большими, как озеро Байкал или Каспийское море на Земле. [57] Во многих кратерах Нойского периода видны каналы, входящие с одной стороны и выходящие с другой. Это указывает на то, что внутри кратера должны были присутствовать большие озера, по крайней мере временно, чтобы вода достигла достаточно высокого уровня и прорвалась через противоположный край кратера. Дельты или конусы обычно присутствуют там, где долина входит в дно кратера. Особенно яркие примеры встречаются в кратере Эберсвальде , кратере Холдена и в районе Нили Фоссае ( кратер Джезеро ). Другие крупные кратеры (например, кратер Гейла ) демонстрируют тонкослоистые внутренние отложения или насыпи, которые, вероятно, образовались из осадков, отложившихся на дне озера. [3]
Большая часть северного полушария Марса лежит примерно на 5 км ниже по высоте, чем южные возвышенности. [58] Эта дихотомия существовала с донойского периода. [59] Вода, стекающая с южных возвышенностей во время нойского периода, как ожидается, будет собираться в северном полушарии, образуя океан (Oceanus Borealis [60] ). К сожалению, существование и природа Нойского океана остаются неопределенными, поскольку последующая геологическая активность стерла большую часть геоморфологических свидетельств. [3] Следы нескольких возможных береговых линий Нойского и Гесперианского возраста были идентифицированы вдоль границы дихотомии, [61] [62] но эти свидетельства были оспорены. [63] [64] Палеобереговые линии, нанесенные на карту в пределах Hellas Planitia , наряду с другими геоморфологическими свидетельствами, предполагают, что большие покрытые льдом озера или море покрывали внутреннюю часть бассейна Эллады во время Нойского периода. [65] В 2010 году исследователи использовали глобальное распределение сетей дельт и долин, чтобы доказать существование береговой линии Нойской эпохи в северном полушарии. [12] Несмотря на скудность геоморфологических данных, если Нойский Марс имел большой запас воды и теплые условия, как предполагают другие линии доказательств, то большие объемы воды почти наверняка накопились бы в региональных низинах, таких как северный низменный бассейн и Эллада. [3]
Нойский период также был временем интенсивной вулканической активности, большая часть которой была сосредоточена в регионе Фарсида . [3] Предполагается, что основная часть выступа Фарсида накопилась к концу Нойского периода. [66] Рост Фарсида, вероятно, сыграл значительную роль в формировании атмосферы планеты и выветривании пород на поверхности. По одной из оценок, выступ Фарсида содержит около 300 миллионов км 3 магматического материала. Если предположить, что магма, образовавшая Фарсид, содержала углекислый газ (CO 2 ) и водяной пар в процентах, сопоставимых с тем, что наблюдается в гавайской базальтовой лаве , то общее количество газов, выделившихся из магм Фарсида, могло бы создать атмосферу с давлением CO 2 в 1,5 бар и глобальный слой воды глубиной 120 м. [3]
Обширный вулканизм также произошел в кратерированных возвышенностях за пределами региона Тарсис, но осталось мало геоморфологических свидетельств, поскольку поверхности были интенсивно переработаны ударом. [3] Спектральные данные с орбиты показывают, что горные породы в основном базальтовые по составу, состоящие из минералов пироксена , плагиоклазового полевого шпата и оливина . [67] Породы, исследованные в Колумбийских холмах марсоходом Mars Exploration Rover (MER) Spirit, могут быть типичными для горных пород Нойского периода по всей планете. [68] Породы в основном представляют собой деградированные базальты с различными текстурами, указывающими на сильную трещиноватость и брекчирование от удара и изменения гидротермальными жидкостями. Некоторые из пород Колумбийских холмов могли образоваться из пирокластических потоков . [3]
Обилие оливина в породах Нойского периода имеет важное значение, поскольку оливин быстро выветривается в глинистые минералы ( филлосиликаты ) при воздействии воды. Таким образом, присутствие оливина предполагает, что длительная водная эрозия не происходила в глобальном масштабе на раннем Марсе. Однако спектральные и стратиграфические исследования обнажений Нойского периода с орбиты показывают, что оливин в основном ограничен породами верхней (поздней) Нойской серии. [3] Во многих областях планеты (особенно в Нильских впадинах и долине Маврт ) последующая эрозия или удары обнажили более старые донойские и нижненойские образования, которые богаты филлосиликатами. [69] [70] Для образования филлосиликатов требуется богатая водой щелочная среда. В 2006 году исследователи, использовавшие инструмент OMEGA на космическом аппарате Mars Express , предложили новую марсианскую эру, названную филлокийской, соответствующей донойскому/раннему нойскому периоду, в котором поверхностные воды и водное выветривание были обычным явлением. Также были предложены две последующие эры, тейикийская и сидерикийская. [13] Филлокийская эра коррелирует с возрастом формирования ранней сети долин на Марсе. Считается, что отложения этой эры являются лучшими кандидатами для поиска доказательств прошлой жизни на планете.
{{cite book}}
: |journal=
проигнорировано ( помощь )