L'activité volcanique sur Mars bouleverse les hypothèses de la planète rouge

Une masse de matière en mouvement sur Mars appelée panache du manteau peut provoquer des tremblements de mars et du volcanisme

Pendant des décennies, les planétologues ont supposé que Mars était morte.

Géologiquement, c'est-à-dire. Plus petite que la Terre, la planète se serait refroidie plus rapidement que la nôtre après sa formation. Il a été, pendant un certain temps, assez volcaniquement actif. L'hypothèse était que lorsque la température intérieure diminuait progressivement, la capacité de la planète à générer une activité géologique à grande échelle, telle que d'énormes volcans et des « tremblements de terre », diminuait également.

De nouvelles découvertes, cependant, démentent cette croyance. Il se trouve que Mars n'est que pratiquement mort. Les scientifiques ont découvert qu'une grande région de Mars a été sujette à des tremblements de terre et même à une activité volcanique légère ces derniers temps géologiques, indiquant que quelque chose se prépare sous la surface. Mais quoi?

Après avoir examiné les données de plusieurs missions robotiques sur Mars, une équipe de scientifiques planétaires est arrivée à la conclusion étonnante qu'une immense tour de matière chaude se déplaçant vers le haut dans le manteau de la planète pousse sur la croûte par le bas, créant une pression qui fissure la surface et provoque activité tectonique. Appelé panache du manteau, il peut s'agir d'une caractéristique relativement nouvelle à l'intérieur de Mars, qui a des analogues sur Terre. Cela pourrait même avoir des implications pour la vie existante sur Mars ou, plus précisément, à l'intérieur de celle-ci. Les travaux ont été publiés en décembre 2022 dans Nature Astronomy.

Mars était autrefois une planète fortement volcanique. La surface est encore parsemée d'anciens monticules, dont un appelé Olympus Mons. Ce monstre mesure plus de 600 kilomètres de diamètre, soit à peu près la longueur de l'État du Colorado, et s'élève à 21 kilomètres au-dessus de l'altitude moyenne de la surface de sa planète, soit environ deux fois et demie la hauteur du mont Everest. Bien que d'autres volcans sur Mars soient plus petits, ils sont toujours géants et tous sont terriblement vieux.

Le volcanisme à grande échelle sur Mars a commencé avant que la planète n'ait même un milliard d'années et a été actif pendant environ un milliard d'années par la suite. Globalement, la construction de volcans s'est pratiquement arrêtée après cela. Il existe des preuves de coulées de lave sur Olympus Mons qui remontent à seulement quelques millions d'années, mais il s'agissait d'événements à petite échelle et probablement sporadiques. Il y a environ trois milliards d'années, l'ère de la construction de volcans actifs sur Mars était révolue. À titre de comparaison, la plupart des volcans actifs sur Terre ont moins d'un million d'années.

Jusqu'à récemment, les scientifiques considéraient que la fin de l'histoire du volcanisme sur la planète rouge. Les engins spatiaux en orbite autour de Mars, cependant, ont capturé des images haute résolution qui montrent que le dernier chapitre n'a pas encore été écrit. Dans une région appelée Cerberus Fossae, il existe un grand nombre de fissures à la surface (les fosses sont des tranchées ou des fissures), et l'une de ces caractéristiques présente des traînées sombres de matériau qui la longent sur des dizaines de kilomètres. Les mesures depuis l'orbite montrent que le matériau est chargé de pyroxènes, des minéraux communs dans la lave volcanique. Étonnamment, ces sorties peuvent avoir eu lieu il y a seulement des dizaines de milliers d'années. C'est récent dans le temps planétaire et indique une activité continue sous la surface.

De plus, en 2018, l'atterrisseur InSight de la NASA a atterri dans la vaste région d'Elysium Planitia, à environ 1 600 kilomètres de Cerberus Fossae. Dans le cadre d'une mission visant à aider à mesurer ce qui se passe sous la surface martienne, InSight disposait d'un sismomètre qui a détecté des centaines de petits tremblements de mars au cours de ses années de fonctionnement, ainsi que plusieurs dont l'énergie était moyenne à moyenne. L'écrasante majorité d'entre eux semblent provenir de la direction de Cerberus Fossae. Encore une fois, cette activité indique que le manteau martien n'est peut-être pas encore complètement mort.

Dans la nouvelle étude de Nature Astronomy, les scientifiques se concentrent sur cette région de Mars. Une grande partie de la surface de la planète présente des caractéristiques de compression, telles que des crêtes de rides, qui se forment lorsque la surface d'une planète se contracte lorsqu'elle se refroidit. Elysium Planitia, en revanche, est un renflement à la surface considéré comme une preuve d'extension : un étirement de la croûte à mesure que la zone locale s'étend. Les fissures composant Cerberus Fossae sont des fissures où la croûte s'est séparée à cause de cette extension. Les scientifiques notent également que les planchers des cratères d'impact qui se sont formés il y a plusieurs millions d'années sont inclinés par rapport au centre du renflement, ce qui serait normal s'ils s'étaient formés avant que la surface ne soit poussée vers le haut. Ensemble, ces résultats indiquent que la cause du soulèvement est relativement récente.

Toutes ces preuves sont compatibles avec un panache du manteau. L'idée de base d'un panache peut vous être familière si vous avez déjà vu de l'eau bouillir ou une montgolfière en vol : la matière chaude monte tandis que la matière froide coule dans un processus appelé convection. Le noyau d'une planète est chaud et le manteau au-dessus d'elle est un peu plus froid, de sorte que la matière chauffée à la base du manteau s'élève.

La boule courbe ici est qu'une grande partie du manteau de Mars (et de la Terre) est en fait solide; c'est une idée fausse que c'est un liquide. Mais la convection peut fonctionner même dans un solide. Le matériau de silicate qui constitue la majeure partie d'un manteau est cristallin, et il peut y avoir des défauts et des cassures dans le motif cristallin. Sous les énormes pressions souterraines profondes, les atomes du matériau en dessous peuvent remplir ces fissures dans un processus connu sous le nom de fluage de dislocation. De cette façon, un matériau plus chaud près du noyau peut monter lentement, essentiellement en s'écoulant. C'est un processus extrêmement lent; Le manteau terrestre coule à un rythme moyen de l'ordre de quelques centimètres par an, à peu près aussi vite que vos ongles poussent.

On ne sait pas exactement comment se forment les panaches du manteau. À la base du manteau au-dessus du noyau, un point plus chaud que la moyenne peut créer une région de convection plus forte où le matériau s'écoule dans une colonne plus contrainte. Ce panache remonte à la surface sur des dizaines ou des centaines de millions d'années. Lorsqu'il s'approche de la croûte, la pression est beaucoup plus faible et le matériau solide peut se liquéfier. Il s'étale, formant un chapeau en forme de champignon qui pousse contre la croûte, provoquant une extension comme celle observée dans Elysium Planitia.

Ce scénario expliquerait essentiellement toutes les anomalies de Cerberus Fossae : le soulèvement, les fissures, les éruptions volcaniques, les tremblements de terre. Les mesures du champ de gravité de Mars montrent même que le champ est légèrement plus faible sous Cerberus Fossae, ce qui serait cohérent avec un manteau de plus faible densité poussant vers la croûte. Ces résultats indiquent que le soulèvement est supporté très profondément sous terre.

Les scientifiques ont utilisé des modèles informatiques pour simuler la géophysique de Mars et ont découvert qu'un panache qui était de 95 à 285 degrés Celsius plus chaud et légèrement moins dense que le manteau environnant pouvait faire l'affaire s'il était centré presque directement sous les fosses. Il formerait une calotte étalée sur quelques milliers de kilomètres et pousserait la croûte vers le haut d'environ un kilomètre, correspondant à nouveau à Cerberus Fossae. Ce serait aussi une jeune fonctionnalité : l'activité dans et autour de Cerberus Fossae semble avoir commencé il y a environ 350 millions d'années, longtemps après que tous les autres moteurs à grande échelle à l'intérieur de la planète se soient effectivement arrêtés.

Bien que le modèle de panache corresponde parfaitement aux données observées, les scientifiques reconnaissent qu'il pourrait y avoir d'autres explications. Par exemple, une goutte de matériau du manteau de densité légèrement inférieure pourrait se trouver juste sous la région, ce qui expliquerait les lectures de gravité, bien que cela n'explique pas le soulèvement ou quoi que ce soit d'autre. L'idée qui couvre le plus de terrain, littéralement, est un panache du manteau.

Si l'hypothèse s'avère exacte, il s'agit en effet d'une nouvelle importante. D'une part, lorsqu'ils ont tiré bon nombre de leurs conclusions sur l'intérieur martien, les scientifiques ont supposé qu'Elysium Planitia était ennuyeux - juste un autre endroit sur Mars. S'il est assis sur le capuchon d'un énorme panache de matériau chaud et de faible densité, cela change la façon dont nous devrions interpréter les mesures sismiques d'InSight.

Et bien que ce soit un peu exagéré pour le moment, le panache pourrait avoir des implications pour la vie. Les scientifiques pensent depuis longtemps que l'eau sous la surface martienne prend la forme de glace, mais un panache chaud du manteau pourrait chauffer suffisamment des poches d'eau pour la rendre liquide. La vie sur Terre a besoin d'eau liquide, il n'est donc peut-être pas trop idiot d'envisager la possibilité d'une biologie profonde sous la surface de Mars.

Dans ce cas, Mars pourrait ne pas être entièrement morte, que ce soit géologiquement ou au sens biologique le plus courant. Nous venons à peine de commencer à comprendre la vraie nature de la planète rouge, et plus nous regardons, plus nous constatons qu'elle a encore un petit coup de pouce.

Il s'agit d'un article d'opinion et d'analyse, et les opinions exprimées par l'auteur ou les auteurs ne sont pas nécessairement celles de Scientific American.

Phil Plait est un astronome professionnel et un communicateur scientifique du Colorado. Il écrit le Bad Astronomy Newsletter. Suivez-le sur Twitter @BadAstronomer Crédit : Nick Higgins

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