Марс может содержать руды , которые были бы очень полезны потенциальным колонистам . [1] [2] Обилие вулканических образований вместе с широко распространенными кратерами являются убедительным доказательством разнообразия руд. [3] Хотя на Марсе не может быть найдено ничего, что оправдывало бы высокую стоимость транспортировки на Землю, чем больше руды будущие колонисты смогут получить с Марса, тем легче будет строить там колонии. [4]
Месторождения руды образуются с помощью большого количества тепла. На Марсе тепло может исходить от расплавленной породы, движущейся под землей, и от ударов кратеров. Жидкая порода под землей называется магмой . Когда магма находится в подземных камерах, медленно охлаждаясь в течение тысяч лет, более тяжелые элементы опускаются. Эти элементы, включая медь , хром , железо и никель , концентрируются на дне. [5] Когда магма горячая, многие элементы могут свободно перемещаться. По мере охлаждения элементы связываются друг с другом, образуя химические соединения или минералы . Поскольку некоторые элементы не связываются легко, образуя минералы, они существуют свободно после того, как почти все другие элементы связались в соединения или минералы. Оставшиеся элементы называются несовместимыми элементами. [6] Некоторые из них весьма полезны для людей. Некоторые примеры включают ниобий , металл, используемый в производстве сверхпроводников и специальных сталей , лантан и неодим , а также европий для телевизионных мониторов и энергосберегающих светодиодных лампочек. [7] После того, как масса магмы остыла и в основном замерзла или кристаллизовалась в твердое тело, остается небольшое количество жидкой породы. Эта жидкость содержит важные вещества, такие как свинец , серебро , олово , висмут и сурьма . [8] Иногда минералы в магматической камере настолько горячие, что находятся в газообразном состоянии. Другие смешиваются с водой и серой в водных растворах. Газы и богатые минералами растворы в конечном итоге проникают в трещины и становятся полезными минеральными жилами . Рудные минералы, включая несовместимые элементы, остаются растворенными в горячем растворе, а затем кристаллизуются , когда раствор остывает. [9] Месторождения, созданные с помощью этих горячих растворов, называются гидротермальными месторождениями. Некоторые из самых значительных в мире месторождений золота , серебра, свинца, ртути , цинка и вольфрама начинались таким образом. [10] [11] [12] Почти все шахты в северной части Блэк-Хиллс в Южной Дакоте появились из-за месторождений минералов с горячей водой. [13] Трещины часто образуются, когда масса магмыостывает, потому что магма сжимается и затвердевает при охлаждении. Трещины возникают как в замороженной массе магмы, так и в окружающих породах, поэтому руда откладывается в любой породе, которая оказывается поблизости, но рудные минералы сначала должны были сконцентрироваться посредством расплавленной массы магмы. [14]
Исследования, проведенные в Университете штата Луизиана, обнаружили различные типы вулканических материалов вокруг вулканов в Элизиум Монс . Это показало, что Марс может иметь эволюцию магмы. Это приводит к возможности нахождения полезных минералов для будущей человеческой популяции на Марсе." [15] [16]
Наличие множества огромных вулканов на Марсе показывает, что большие области были очень горячими в прошлом. Olympus Mons — крупнейший вулкан в Солнечной системе; Ceraunius Tholus , один из его меньших вулканов, приближается по высоте к земной горе Эверест .
Существуют веские доказательства существования гораздо более распространенных источников тепла в виде даек , которые указывают на то, что магма перемещалась под землей. Дайки принимают форму стен и прорезают слои горных пород. [17] В некоторых случаях дайки на Марсе обнажаются в результате эрозии .
Большие площади Марса содержат впадины, называемые ямками, которые геологи классифицируют как грабены . Они тянутся на тысячи миль от вулканов. [18] Считается, что дайки помогли сформировать грабены. [19] [20] [21] Многие, возможно, большинство, грабенов имели дайки под собой. Можно было бы ожидать наличия даек и других магматических интрузий на Марсе, потому что геологи считают, что количество жидкой породы, которая перемещалась под землей, больше, чем то, что мы видим наверху в виде вулканов и потоков лавы. [22]
На Земле обширные вулканические ландшафты называются крупными магматическими провинциями (LIP); такие места являются источниками никеля, меди, титана , железа, платины, палладия и хрома . [4] [23] Регион Тарсис на Марсе , содержащий группу гигантских вулканов, считается LIP.
Помимо тепла, вырабатываемого расплавленной породой, Марс выделял много тепла, когда астероиды сталкивались с его поверхностью, создавая гигантские кратеры . Территория вокруг большого удара может остыть в течение сотен тысяч лет. [4]
В течение этого времени лед в земле будет таять, нагреваться, растворять минералы, а затем откладывать их в трещинах или разломах, которые были образованы при ударе. Исследования на Земле задокументировали, что образуются трещины и что вторичные минеральные жилы заполняются трещинами. [24] [25] [26] [27] Снимки со спутников, вращающихся вокруг Марса, обнаружили трещины вблизи ударных кратеров. [28] Зоны водных и слабоградиентных термических изменений были обнаружены марсоходом Opportunity на краю кратера Endeavour . [29] Они обнаружены вблизи соединений и трещин, которые допускают глубокую циркуляцию жидкости, что вызвало химическое и термическое изменение пород. Таким образом, область вокруг марсианских кратеров может содержать различные минералы, которые были образованы как косвенный результат удара. [30]
Тепло от ударов возникает в результате нескольких процессов. Сразу после удара происходит отскок от пола, который заставляет более горячие породы подниматься на поверхность. Однако большая часть тепла исходит от кинетической энергии, которая вырабатывается во время удара. Это огромное тепло создает несколько полезных продуктов, которые могут начать формироваться рано и затем продолжаться в течение некоторого времени. Они называются «эпигенетическими отложениями». Циркуляция горячих богатых минералами флюидов в трещинах от удара вызывает гидротермализм. Важными примерами являются сульфиды Cu-Ni в магматическом комплексе Садбери в Канаде . В течение ряда лет эти руды из района Садбери имели стоимость 2 миллиарда долларов каждый год. Формация Садбери снабжала нас рудами цинка , меди , золота и свинца . [25] [31]
Группа исследователей, изучающих кратер Ауки , сообщила о весомых доказательствах гидротермализма . Этот кратер содержит хребты, которые могли образоваться после трещин, образовавшихся при ударе. Используя инструменты на Mars Reconnaissance Orbiter, они обнаружили минералы смектит , кремний , цеолит , серпентин , карбонат и хлорит, которые распространены в гидротермальных системах, образовавшихся в результате удара на Земле. [32] [33] [34] [35] [36] [37] Существуют и другие доказательства существования гидротермальных систем после удара на Марсе от других ученых, которые изучали другие марсианские кратеры. [38] [39] [40]
Поверхность Марса содержит многочисленные свидетельства более влажного климата в прошлом, а также лед, замороженный в земле сегодня; поэтому вполне возможно, что гидротермальные системы могли быть созданы из-за ударного тепла. Mars Odyssey НАСА фактически измерил распределение льда с орбиты с помощью гамма-спектрометра . [41] Таким образом, в прошлом много воды могло быть доступно для циркуляции в трещинах и отложения новых минералов. Этот процесс, называемый гидротермальным изменением, был обнаружен в метеорите с Марса. Исследование, опубликованное в феврале 2011 года, подробно описало открытие глинистых минералов, серпентина и карбоната в жилах марсианского метеорита Нахлит . [42] [43] Посадочный модуль Phoenix , чей ракетный двигатель фактически обнажил слой льда, наблюдал, как лед таял (лед исчезал путем сублимации). [44] [45]
Поскольку 30% из примерно 180 ударных кратеров на Земле содержат минералы или нефть и газ, кажется, что кратерирование способствует разработке природных ресурсов [46] Некоторые из руд, полученных в результате ударных эффектов на Земле, включают руды железа , урана , золота , меди и никеля . По оценкам, стоимость материалов, добываемых из ударных структур, составляет 5 миллиардов долларов в год только для Северной Америки. [25]
Научное сообщество уже давно приняло, что группа метеоритов прибыла с Марса. Таким образом, они представляют собой реальные образцы планеты и были проанализированы на Земле с помощью лучшего доступного оборудования. В этих метеоритах, называемых SNC , было обнаружено много важных элементов. Магний , алюминий , титан , железо и хром относительно распространены в них. Кроме того, в следовых количествах были обнаружены литий , кобальт , никель, медь, цинк, ниобий, молибден , лантан, европий, вольфрам и золото. Вполне возможно, что в некоторых местах эти материалы могут быть достаточно концентрированными, чтобы их добыча была экономически выгодной. [47]
Марсианские посадочные модули Viking I , Viking II , Pathfinder , Opportunity Rover и Spirit Rover обнаружили в марсианской почве алюминий, железо, магний и титан. [48] Opportunity обнаружил небольшие структуры, названные «черникой», которые, как было обнаружено, богаты гематитом , основной рудой железа. [49] Эту чернику можно было легко собрать и превратить в металлическое железо, которое можно было использовать для производства стали.
Кроме того, марсоходы Spirit и Opportunity обнаружили на поверхности Марса никель-железные метеориты . [50] [51] Их также можно использовать для производства стали . [52]
В декабре 2011 года марсоход Opportunity обнаружил жилу гипса, торчащую из почвы. Тесты подтвердили, что она содержит кальций, серу и воду. Минеральный гипс лучше всего соответствует данным. Вероятно, он образовался из богатой минералами воды, движущейся через трещину в скале. Жила, называемая «Хоумстейк», находится на марсианской равнине Меридиани. Хоумстейк находится в зоне, где богатая сульфатами осадочная порода равнин встречается с более старой вулканической породой, обнаженной на краю кратера Индевор . [53]
Темные песчаные дюны обычны на поверхности Марса. Их темный тон обусловлен вулканической породой, называемой базальтом. Считается, что базальтовые дюны содержат минералы хромит , магнетит и ильменит . [54] Поскольку ветер собрал их вместе, их даже не нужно добывать, их просто выкапывают. [55] Эти минералы могли бы снабжать будущих колонистов хромом, железом и титаном.
Теоретически, на Марсе существуют рудные ресурсы. [55] Более того, чувствительное оборудование может предсказать, где их искать, например, вокруг кратеров и вблизи вулканических регионов. По мере сбора большего количества изображений будет собираться больше информации, которая поможет лучше картировать местоположения более мелких структур, таких как дайки, которые указывают на интрузивную (под поверхностью) магматическую активность. Позже летающие беспилотные аппараты с гравитационными и магнитными измерительными приборами смогут определять точное местоположение месторождений полезных ископаемых.
