Výsledky studie, publikované v časopise Nature Astronomy, tak přinášejí nový pohled na to, jak mohla vzniknout složitá marsovská kůra. Zároveň naznačují, že některé geologické procesy, které jsme dlouho považovali za úzce spojené s deskovou tektonikou, mohou probíhat i na planetách, kde se žádné tektonické desky nepohybují.
Mars je často označován jako planeta se stagnujícím příkrovem. Jeho povrch totiž není rozdělený na velké tektonické desky, které by se vůči sobě pohybovaly, jako je tomu na Zemi. Podobná desková tektonika přitom na naší planetě zásadně ovlivňuje sopečnou činnost, recyklaci hornin i vznik a přetváření kontinentů.
Z toho dlouho vyplýval poměrně jednoduchý předpoklad: pokud Mars nikdy neměl podobný systém pohyblivých desek, jeho geologický vývoj by měl být výrazně jednodušší než na Zemi. Tak to ale spíše nebude - ostatně to vyplývá z výsledků této nové studie.
Klíč se ukrývá 24 kilometrů pod povrchem
Důležitou stopu poskytla seismická data získaná sondou NASA InSight. Ta od roku 2018 zaznamenávala otřesy Marsu - takzvaná marsotřesení, a také seismické vlny vznikající při dopadech meteoroidů. Na základě těchto měření mohli vědci nahlédnout mnohem hlouběji do nitra planety, než bylo dříve možné.
Výzkumníci z Oxfordu se zaměřili na dosud nevysvětlenou hranici, která se nachází přibližně 24 kilometrů pod marsovským povrchem. Seismická měření její existenci naznačovala už dříve, nebylo však jasné, co přesně tato hranice představuje a zda odděluje různé typy hornin.
Aby to zjistili, použili vědci kombinaci termodynamického modelování a statistických metod. Porovnávali naměřené seismické vlastnosti s vlastnostmi stovek různých možných složení hornin. Výsledky ukázaly poměrně výrazný rozdíl mezi materiálem pod touto hranicí a horninami nad ní.
Nejlépe totiž vlastnosti hlubší vrstvy odpovídaly takzvaným ultramafickým horninám, jež obsahují velké množství železa a hořčíku a naopak relativně málo oxidu křemičitého. Horniny nad hranicí se svými vlastnostmi více blíží horninám mafickým, které obsahují podstatně vyšší podíl oxidu křemičitého.
Je to rozdíl, který může být důležitější, než se na první pohled zdá.
Magma se mohlo v marsovské kůře „přepracovávat“
Podle vědců mohla hlubší vrstva vzniknout v době, kdy se roztavená hornina hromadila hluboko pod povrchem Marsu. Jak magma postupně chladlo, jeho jednotlivé složky se začaly oddělovat. Hustší krystaly klesaly ke dnu, zatímco lehčí a chemicky vyvinutější taveniny mohly postupovat vzhůru.
To výustilo v proces, při kterém se původní magma postupně měnilo a jeho jednotlivé části se mohly znovu zapojovat do geologického vývoje kůry. Něco podobného známe ze Země, především z oblastí pod sopečnými oblouky, kde mohou rozsáhlé magmatické systémy postupně přispívat ke vzniku kontinentální kůry.
„Tradičně jsme předpokládali, že vulkanismus na Marsu byl ve srovnání se Zemí relativně jednoduchý,“ uvedl hlavní autor studie Tobermory Mackay-Champion, který v době výzkumu působil na Oxfordské univerzitě a nyní pracuje na University of Bristol. „Tento objev ale naznačuje, že Mars mohl udržovat rozsáhlé a dlouho žijící systémy, v nichž se roztavená hornina vyvíjela a znovu zpracovávala v celé kůře.“
Je-li tato interpretace správná, Mars potom nemusel být světem, kde magma jednoduše vystupovalo z nitra planety, vytvořilo sopku a tím celý proces skončil. Pod jeho povrchem mohly být mnohem rozsáhlejší systémy, v nichž se materiál opakovaně přesouval, tavil, krystalizoval a chemicky měnil.

Zdroj: Shutterstock
Obrovský systém mohl pokrývat velkou část Marsu
Ještě zajímavější je samotný rozsah této struktury. Podle autorů studie by se objevená hluboká vrstva mohla horizontálně táhnout stovky, možná dokonce tisíce kilometrů napříč severní polokoulí Marsu.
Mars mohl v takovém případě mít rozsáhlé propojené magmatické systémy namísto řady relativně jednoduchých a navzájem izolovaných sopečných center.
Vědci tento typ procesu označují jako transkrustální magmatismus. Jde o situaci, kdy magma neprochází pouze jedním úzkým kanálem směrem k povrchu, ale jeho vývoj probíhá napříč značnou částí planetární kůry. Dosud se přitom předpokládalo, že takto rozsáhlé systémy jsou charakteristické především pro Zemi.
Co to znamená pro obyvatelnost planet?
Složitý geologický vývoj není zajímavý pouze z hlediska samotných hornin. Úzce souvisí také s tím, jak se planeta vyvíjí jako celek a zda si dokáže dlouhodobě udržovat podmínky vhodné pro život.
Na Zemi hraje recyklace materiálu uvnitř planety významnou roli například při regulaci klimatu a dlouhodobém koloběhu vody a dalších těkavých prvků. Desková tektonika je proto často považována za jeden z klíčových mechanismů, které umožnily Zemi udržet stabilní a obyvatelné prostředí po velmi dlouhou dobu.
Mars ale možná ukazuje, že k podobně komplexnímu geologickému vývoji nemusí být desková tektonika nezbytná.
To je zásadní především při úvahách o planetách mimo Sluneční soustavu. Pokud může planeta bez pohyblivých tektonických desek vytvořit složitou kůru a rozsáhlé vnitřní systémy, pak bychom při hledání potenciálně obyvatelných světů nemuseli automaticky vyřazovat planety, které nevykazují známky podobné tektonické aktivity jako Země.
„Jednou z velkých otázek planetární vědy je, zda je Země něčím výjimečná,“ říká spoluautor studie Jon Wade z Oxfordské univerzity. „Pokud Mars dokázal vytvořit tento typ složité kůry bez deskové tektoniky, pak možná mohou podmínky potřebné pro obyvatelnost vzniknout na mnohem větším počtu planet, než jsme si dosud mysleli.“
To samozřejmě neznamená, že Mars byl někdy obyvatelný jen proto, že měl složité magmatické systémy. Nový výzkum nic takového určitě nepotvrzuje. Naznačuje však, že některé geologické procesy, které jsme dříve spojovali téměř výhradně se Zemí a její deskovou tektonikou, mohou mít mnohem širší možnosti.
InSight otevřel nové okno do nitra Marsu
Celý objev by nebyl možný bez mise NASA InSight. Sonda v roce 2018 dopravila na Mars první seismometr a umožnila vědcům studovat vnitřní strukturu planety prostřednictvím seismických vln.
Ty se při průchodu planetou chovají různě v závislosti na vlastnostech materiálu, kterým procházejí. Z jejich rychlosti, směru a dalších charakteristik lze proto postupně odvozovat, co se nachází hluboko pod povrchem.
Právě díky těmto měřením dnes Mars nevnímáme jen jako rezavou pouštní planetu pokrytou krátery a sopkami. Jeho vnitřní struktura ukazuje, že jeho geologická minulost mohla být mnohem dynamičtější a složitější, než se ještě donedávna předpokládalo.
Nové výsledky tak přidávají další dílek do skládačky historie Marsu. A současně připomínají, že při hledání světů podobných Zemi možná nemusíme hledat přesnou kopii naší planety. I planeta bez deskové tektoniky může mít překvapivě složitou geologii a procesy, které jsme donedávna považovali za typické především pro Zemi.