Certains volcans peuvent produire des éruptions si puissantes qu'elles libèrent des océans de poussière et de gaz toxiques dans l'air, bloquer la lumière du soleil et changer le climat d'une planète pendant des décennies. En étudiant la topographie et la composition minérale d'une partie de la région Arabia Terra au nord de Mars, les scientifiques ont récemment trouvé des preuves de milliers de telles éruptions, ou "super éruptions, " qui sont les explosions volcaniques les plus violentes connues.

Cracher de la vapeur d'eau, gaz carbonique, et du dioxyde de soufre dans l'air, ces explosions ont traversé la surface martienne sur une période de 500 millions d'années il y a environ 4 milliards d'années. Les scientifiques ont rapporté cette estimation dans un article publié dans la revue Lettres de recherche géophysique en juillet 2021.

"Chacune de ces éruptions aurait eu un impact climatique significatif - peut-être que le gaz libéré a rendu l'atmosphère plus épaisse ou bloqué le Soleil et a rendu l'atmosphère plus froide, " a déclaré Patrick Whelley, géologue au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, qui a dirigé l'analyse d'Arabia Terra. « Les modélisateurs du climat martien auront du travail à faire pour essayer de comprendre l'impact des volcans. jusqu'à des milliers de kilomètres du site de l'éruption, un volcan de cette ampleur s'effondre dans un trou géant appelé caldeira. Calderas, qui existent aussi sur Terre, peut faire des dizaines de kilomètres de large. Sept caldeiras d'Arabia Terra ont été les premiers signes révélateurs que la région a peut-être déjà accueilli des volcans capables de super éruptions.

On pensait autrefois qu'il s'agissait de dépressions laissées par les impacts d'astéroïdes sur la surface martienne il y a des milliards d'années, les scientifiques ont proposé pour la première fois dans une étude de 2013 que ces bassins étaient des caldeiras volcaniques. Ils ont remarqué qu'ils n'étaient pas parfaitement ronds comme des cratères, et ils avaient des signes d'effondrement, tels que des sols très profonds et des bancs de roche près des murs.

« Nous avons lu ce document et nous étions intéressés par le suivi, mais au lieu de chercher les volcans eux-mêmes, nous avons cherché la cendre, parce que vous ne pouvez pas cacher cette preuve, " dit Whley.

Whelley et ses collègues ont eu l'idée de rechercher des traces de cendres après avoir rencontré Alexandra Matiella Novak, un volcanologue au Johns Hopkins Applied Physics Laboratory à Laurel, Maryland. Matiella Novak utilisait déjà les données du Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA pour trouver des cendres ailleurs sur Mars, elle s'est donc associée à Whelley et à son équipe pour examiner spécifiquement Arabia Terra.

L'analyse de l'équipe faisait suite aux travaux d'autres scientifiques qui avaient précédemment suggéré que les minéraux à la surface d'Arabia Terra étaient d'origine volcanique. Un autre groupe de recherche, en apprenant que les bassins d'Arabia Terra pourraient être des caldeiras, avait calculé où les cendres provenant d'éventuelles super éruptions dans cette région se seraient déposées :voyager sous le vent, à l'est, il s'éclaircirait du centre des volcans, ou dans ce cas, ce qu'il en reste, les caldeiras.

"Alors nous l'avons ramassé à ce moment-là et avons dit, "D'ACCORD, bien, ce sont des minéraux qui sont associés à des cendres volcaniques altérées, qui a déjà été documenté, alors maintenant, nous allons regarder comment les minéraux sont distribués pour voir s'ils suivent le modèle que nous nous attendons à voir des super éruptions, ", a déclaré Matiella Novak.

L'équipe a utilisé des images du spectromètre d'imagerie de reconnaissance compact de MRO pour Mars pour identifier les minéraux à la surface. En regardant dans les parois des canyons et des cratères à des centaines de milliers de kilomètres des caldeiras, où les cendres auraient été emportées par le vent, ils ont identifié des minéraux volcaniques transformés en argile par l'eau, dont la montmorillonite, imogolite, et allophane. Puis, en utilisant les images des caméras MRO, l'équipe a réalisé des cartes topographiques en trois dimensions d'Arabia Terra. En posant les données minérales sur les cartes topographiques des canyons et cratères analysés, les chercheurs ont pu voir dans les gisements riches en minéraux que les couches de cendres étaient très bien conservées - au lieu d'être brouillées par les vents et l'eau, la cendre était en couches de la même manière qu'elle l'aurait été lorsqu'elle était fraîche.

"C'est à ce moment-là que j'ai réalisé que ce n'était pas un coup de chance, c'est un vrai signal, " a déclaré Jacob Richardson, un géologue à la NASA Goddard qui a travaillé avec Whelley et Novak. "Nous voyons en fait ce qui était prédit et ce fut le moment le plus excitant pour moi."

Les mêmes scientifiques qui ont initialement identifié les caldeiras en 2013 ont également calculé la quantité de matière qui aurait explosé des volcans, en fonction du volume de chaque caldeira. Cette information a permis à Whelley et à ses collègues de calculer le nombre d'éruptions nécessaires pour produire l'épaisseur de cendres qu'ils ont trouvée. Il s'est avéré qu'il y a eu des milliers d'éruptions, dit Whelley.

Une question en suspens est de savoir comment une planète peut avoir un seul type de volcan jonchant une région. Sur Terre, volcans capables de super éruptions - le plus récent a éclaté 76, Il y a 000 ans à Sumatra, Indonésie - sont dispersés dans le monde entier et existent dans les mêmes zones que d'autres types de volcans. Mars, trop, a beaucoup d'autres types de volcans, dont le plus grand volcan du système solaire, appelé Olympus Mons. Olympus Mons est 100 fois plus grand en volume que le plus grand volcan de la Terre, le Mauna Loa à Hawaï, et est connu comme un "volcan bouclier, " qui draine la lave le long d'une montagne en pente douce. Arabia Terra a jusqu'à présent la seule preuve de volcans explosifs sur Mars.

Il est possible que les volcans super-éruptifs aient été concentrés dans des régions de la Terre, mais aient été érodés physiquement et chimiquement ou se soient déplacés autour du globe à mesure que les continents se déplaçaient en raison de la tectonique des plaques. Ces types de volcans explosifs pourraient également exister dans les régions de la lune Io de Jupiter ou pourraient avoir été regroupés sur Vénus. Quoi qu'il en soit, Richardson espère qu'Arabia Terra enseignera aux scientifiques quelque chose de nouveau sur les processus géologiques qui aident à façonner les planètes et les lunes.

"Les gens vont lire notre journal et partir, "Comment ? Comment Mars a-t-il pu faire cela ? Comment une si petite planète peut-elle faire fondre suffisamment de roches pour alimenter des milliers de super éruptions en un seul endroit ?", a-t-il déclaré. "J'espère que ces questions amèneront beaucoup d'autres recherches.