Tectônica de Marte - Tectonics of Mars

Mapa topográfico de Marte mostrando a fronteira entre planaltos e planícies marcada em amarelo e a elevação Tharsis delineada em vermelho ( USGS , 2014).

Como a Terra , acredita-se que as propriedades e a estrutura da crosta terrestre da superfície de Marte tenham evoluído ao longo do tempo; em outras palavras, como na Terra, os processos tectônicos moldaram o planeta. No entanto, as formas como essa mudança aconteceu e as propriedades da litosfera do planeta são muito diferentes quando comparadas à Terra. Hoje, acredita-se que Marte seja em grande parte tectonicamente inativo. No entanto, a evidência observacional e sua interpretação sugerem que este não era o caso mais atrás na história geológica de Marte.

Na escala de todo o planeta, duas características fisiográficas de grande escala são aparentes na superfície. A primeira é que o hemisfério norte do planeta é muito mais baixo do que o sul e foi reaparecido mais recentemente - também implicando que a espessura da crosta terrestre abaixo da superfície é distintamente bimodal. Esse recurso é conhecido como " dicotomia hemisférica ". A segunda é a ascensão de Tharsis , uma enorme província vulcânica que teve grandes influências tectônicas em escala regional e global no passado de Marte. Com base nisso, a superfície de Marte é freqüentemente dividida em três grandes províncias fisiográficas , cada uma com diferentes características geológicas e tectônicas: as planícies do norte, as terras altas do sul e o planalto de Tharsis. Muitos estudos tectônicos de Marte procuram explicar os processos que levaram à divisão do planeta nessas três províncias e como suas características diferentes surgiram. As hipóteses propostas para explicar como os dois eventos tectônicos primários podem ter ocorrido são geralmente divididas em processos endogênicos (surgindo do próprio planeta) e exogênicos (estranhos ao planeta, por exemplo, impacto de meteorito). Essa distinção ocorre ao longo do estudo da tectônica em Marte.

Em geral, Marte carece de evidências inequívocas de que as placas tectônicas do estilo terrestre moldaram sua superfície. No entanto, em alguns lugares anomalias magnéticas na crosta marciana que são lineares em forma e de polaridade alternada foram detectadas por satélites em órbita. Alguns autores argumentaram que eles compartilham uma origem com listras semelhantes encontradas no fundo do mar da Terra , que foram atribuídas à produção gradual de nova crosta na disseminação das dorsais meso-oceânicas . Outros autores argumentaram que zonas de falha de deslizamento em grande escala podem ser identificadas na superfície de Marte (por exemplo, no vale dos Valles Marineris ), o que pode ser comparado a falhas de transformação limitantes de placas na Terra, como San Andreas e Dead Falhas do mar . Essas observações fornecem algumas indicações de que pelo menos algumas partes de Marte podem ter passado por placas tectônicas bem no fundo de seu passado geológico.

Províncias fisiográficas

Terras Altas do Sul

As terras altas do sul têm muitas crateras e são separadas das planícies do norte pela fronteira de dicotomia global. Fortes faixas magnéticas com polaridade alternada correm aproximadamente EW no hemisfério sul, concêntricas com o pólo sul. Essas anomalias magnéticas são encontradas em rochas que datam dos primeiros 500 milhões de anos da história de Marte, indicando que um campo magnético intrínseco teria deixado de existir antes do início de Noé . As anomalias magnéticas em Marte medem 200 km de largura, cerca de dez vezes maior do que as encontradas na Terra.

Planícies do norte

As planícies do norte são vários quilômetros mais baixas em elevação do que as terras altas do sul e têm uma densidade de cratera muito mais baixa, indicando uma idade de superfície mais jovem. No entanto, acredita-se que a crosta subjacente tenha a mesma idade das terras altas do sul. Ao contrário das terras altas do sul, as anomalias magnéticas nas planícies do norte são esparsas e fracas.

Planalto de Tharsis

Mapa geológico da região ao redor do planalto de Tharsis. Os recursos de extensão e compressão - por exemplo, sulcos agarrados e enrugados - foram mapeados e estão visíveis na imagem. ( USGS , 2014).

O planalto de Tharsis , que fica na fronteira entre as terras altas e as terras baixas, é uma região elevada que cobre cerca de um quarto do planeta. Tharsis é encimada pelos maiores vulcões-escudo conhecidos no sistema solar. Olympus Mons tem 24 km de altura e quase 600 km de diâmetro. O Tharsis Montes adjacente consiste em Ascraeus , Pavonis e Arsia . Alba Mons , no extremo norte do planalto de Tharsis, tem 1.500 km de diâmetro e fica 6 km acima das planícies circundantes. Em comparação, Mauna Loa tem apenas 120 km de largura e fica 9 km acima do fundo do mar.

A carga de Tharsis teve influências regionais e globais. As características extensivas que irradiam de Tharsis incluem graben com vários quilômetros de largura e centenas de metros de profundidade, bem como enormes vales e fendas de até 600 km de largura e vários quilômetros de profundidade. Esses graben e fendas são delimitados por falhas normais de inclinação acentuada e podem se estender por distâncias de até 4.000 km. Seu relevo indica que eles acomodam pequenas extensões da ordem de 100 m ou menos. Tem sido argumentado que esses graben são expressões superficiais de diques subterrâneos deflacionados .

Circunferenciais a Tharsis são as chamadas cristas de rugas . Essas são estruturas compressivas compostas por cristas assimétricas lineares que podem ter dezenas de quilômetros de largura e centenas de quilômetros de comprimento. Muitos aspectos dessas cristas parecem ser consistentes com as características compressivas terrestres que envolvem a dobra da superfície sobre as falhas de empuxo cegas em profundidade. Acredita-se que as cristas enrugadas acomodem pequenas quantidades de encurtamento da ordem de 100 m ou menos. Cumes e escarpas maiores também foram identificados em Marte. Esses recursos podem ter vários quilômetros de altura (em oposição a centenas de metros de altura para cristas enrugadas), e acredita-se que representem grandes falhas de empuxo em escala litosférica. As taxas de deslocamento para eles são dez vezes maiores que as rugas, com encurtamento estimado em centenas de metros a quilômetros.

Aproximadamente metade das características extensionais em Marte se formaram durante o período de Noé e mudaram muito pouco desde então, indicando que a atividade tectônica atingiu o pico no início e diminuiu com o tempo. Acredita-se que a formação de cristas enrugadas ao redor de Tharsis e no hemisfério oriental tenha atingido seu pico no Hesperian , provavelmente devido à contração global atribuída ao resfriamento do planeta.

Dicotomia hemisférica

Hypsometry

Histograma de espessura crustal versus área em Marte, adaptado de Neumann et al., 2004. A dicotomia hemisférica é clara nos dois picos nos dados.

Dados de gravidade e topografia mostram que a espessura da crosta terrestre em Marte é resolvida em dois picos principais, com espessuras modais de 32 km e 58 km nos hemisférios norte e sul, respectivamente. Regionalmente, a crosta mais espessa está associada ao planalto de Tharsis, onde a espessura da crosta em algumas áreas excede 80 km, e a crosta mais fina com bacias de impacto. As bacias de maior impacto coletivamente formam um pequeno pico de histograma de 5 a 20 km.

A origem da dicotomia hemisférica, que separa as planícies do norte das terras altas do sul, tem sido objeto de muito debate. Observações importantes a serem levadas em consideração ao considerar sua origem incluem o seguinte: (1) As planícies do norte e as terras altas do sul têm espessuras distintas, (2) a crosta subjacente às planícies do norte tem essencialmente a mesma idade que a crosta das terras altas do sul, e (3) as planícies do norte, ao contrário das terras altas do sul, contêm anomalias magnéticas esparsas e fracas. Como será discutido a seguir, as hipóteses para a formação da dicotomia podem ser amplamente divididas em processos endogênicos e exogênicos.

Origens endogênicas

Uma possível explicação das placas tectônicas para as planícies do norte. A placa boreal é mostrada em amarelo. As trincheiras são representadas por linhas dentadas, sulcos por linhas duplas e falhas de transformação por linhas simples, modificado de Sleep, 1994.

As hipóteses endogênicas incluem a possibilidade de uma fase muito precoce das placas tectônicas em Marte. Tal cenário sugere que a crosta hemisférica norte é uma relíquia da placa oceânica. Na reconstrução preferida, um centro de expansão estendia-se ao norte de Terra Cimmeria entre Daedalia Planum e Isidis Planitia . À medida que a propagação progrediu, a placa Boreal quebrou na placa Acidalia com submersão para sul sob Arabia Terra , e a placa Ulysses com submersão para leste abaixo de Tempe Terra e Tharsis Montes . De acordo com essa reconstrução, as planícies do norte teriam sido geradas por uma única crista que se espalhava, com Tharsis Montes qualificando como um arco de ilha . No entanto, as investigações subsequentes deste modelo mostram uma falta geral de evidências de tectonismo e vulcanismo em áreas onde tal atividade foi inicialmente prevista.

Outro processo endogênico usado para explicar a dicotomia hemisférica é o fracionamento crustal primário . Este processo teria sido associado à formação do núcleo marciano , que ocorreu imediatamente após o acréscimo planetário. No entanto, uma origem tão precoce da dicotomia hemisférica é desafiada pelo fato de que apenas pequenas anomalias magnéticas foram detectadas nas planícies do norte.

Um modelo de origem da pluma do manto para a dicotomia hemisférica. A convecção do manto de pluma única gera nova crosta no hemisfério sul com bandas alternadas de magnetismo remanente normal e reverso, adaptado de Vita-Finzi & Fortes, 2013.

A convecção do manto de uma única pluma também foi invocada para explicar a dicotomia hemisférica. Este processo teria causado derretimento substancial e produção crustal acima de uma única pluma de manto ascendente no hemisfério sul, resultando em uma crosta mais espessa. Também foi sugerido que a formação de uma camada derretida altamente viscosa sob a crosta espessa no hemisfério sul poderia levar à rotação litosférica. Isso pode ter resultado na migração de áreas vulcanicamente ativas em direção ao limite da dicotomia e na posterior colocação e formação do planalto de Tharsis. A hipótese da pluma única também é usada para explicar a presença de anomalias magnéticas no hemisfério sul e a falta delas no hemisfério norte.

Origens exogênicas

As hipóteses exogênicas envolvem um ou mais impactos grandes como sendo responsáveis ​​pelo rebaixamento das planícies do norte. Embora uma origem de impacto múltiplo tenha sido proposta, isso teria exigido um improvável bombardeio preferencial do hemisfério norte. Também é improvável que múltiplos impactos teriam sido capazes de remover o material ejetado do hemisfério norte e uniformemente remover a crosta até uma profundidade relativamente consistente de 3 km.

O mapeamento das planícies do norte e da fronteira dicotômica mostra que a dicotomia crustal tem forma elíptica. Isso sugere que a formação das planícies do norte foi causada por um único mega-impacto oblíquo. Esta hipótese está de acordo com modelos numéricos de impactos na faixa de 30-60 °, que são mostrados para produzir bacias de contorno elípticas semelhantes à estrutura identificada em Marte. A desmagnetização resultante do alto calor associado a tal impacto também pode servir para explicar a aparente falta de anomalias magnéticas nas planícies do norte. Também explica a idade da superfície mais jovem das planícies do norte, conforme determinado pela densidade de cratera significativamente menor. No geral, essa hipótese parece se sair melhor do que outras que foram propostas.

Implicações tectônicas de anomalias magnéticas

Mapa de distribuição de anomalias magnéticas da crosta terrestre em Marte, cortesia da NASA , 2005.

As terras altas do sul de Marte exibem zonas de intensa magnetização crustal . As anomalias magnéticas são fracas ou ausentes nas proximidades de grandes bacias de impacto, nas planícies do norte e em regiões vulcânicas, indicando que a magnetização nessas áreas foi apagada por eventos térmicos. A presença de anomalias magnéticas em Marte sugere que o planeta manteve um campo magnético intrínseco no início de sua história. As anomalias são lineares em forma e de polaridade alternada, o que alguns autores interpretaram como uma sequência de reversões e um processo semelhante à expansão do fundo do mar. As listras são dez vezes mais largas do que as encontradas na Terra, indicando uma propagação mais rápida ou taxas de reversão mais lentas. Embora nenhum centro de propagação tenha sido identificado, um mapa das anomalias magnéticas em Marte revela que as lineações são concêntricas ao pólo sul.

Origem da pluma do manto

Um processo semelhante à expansão do fundo do mar foi proposto para explicar a presença das faixas concêntricas ao redor do pólo sul marciano. O processo é o de uma única grande pluma de manto subindo em um hemisfério e afundando no hemisfério oposto. Em tal processo, a nova crosta produzida seria colocada em círculos concêntricos que se espalham radialmente a partir de um único ponto de ressurgência, consistente com o padrão observado em Marte. Este processo também foi invocado para ajudar a explicar a dicotomia hemisférica marciana.

Origem da intrusão do dique

Uma hipótese alternativa afirma que as anomalias magnéticas em Marte são o resultado de sucessivas intrusões de diques devido à extensão litosférica. À medida que cada intrusão de dique esfria, ele adquire magnetização termomanente do campo magnético do planeta. Sucessivos diques seriam magnetizados na mesma direção, até que o campo magnético invertesse sua polaridade, resultando nas intrusões subsequentes registrando a direção oposta. Essas reversões periódicas exigiriam que as intrusões de diques migrassem com o tempo.

Acreção de terranos

Outro estudo assume um processo de convergência crustal em vez de geração, argumentando que as lineações magnéticas em Marte se formaram em uma margem de placa convergente através da colisão e acreção de terranos. Esta hipótese sugere que as lineações magnéticas em Marte são análogas às anomalias magnéticas em faixas na Cordilheira da América do Norte na Terra. Essas anomalias terrestres são de geometria e tamanho semelhantes às detectadas em Marte, com larguras de 100–200 km.

Implicações tectônicas de Valles Marineris

Imagens de satélite do sistema de vales dos Valles Marineris, mostrando um sistema interpretado de falha de ataque-deslizamento em grande escala ao longo de seu comprimento. O movimento relativo da falha é sugerido em parte pela borda compensada de uma antiga bacia de impacto. Imagem modificada da NASA / MOLA Science Team.

Pesquisas recentes afirmam ter encontrado a primeira evidência forte de um limite de placas tectônicas em Marte. A descoberta refere-se a uma zona de falha de deslizamento de grande escala (> 2000 km de comprimento e> 150 km de deslizamento) e bastante estreita (<50 km de largura) no sistema de vales Valles Marineris , referido como o Ius-Melas- Zona de falha de Coprates (Fig. 7). O sistema de vales dos Valles Marineris, que tem mais de 4000 km de comprimento, 600 km de largura e até 7 km de profundidade, se localizado na Terra, se estenderia por toda a América do Norte.

O estudo indica que a zona de falha Ius-Melas-Coprates é um sistema transtensional de deslizamento à esquerda semelhante ao da zona de falha do Mar Morto na Terra. A magnitude do deslocamento através da zona de falha é estimada em 150-160 km, conforme indicado pela borda de deslocamento de uma antiga bacia de impacto. Se normalizando a magnitude do escorregamento para a área da superfície do planeta, a zona de falha Ius-Melas-Coprates tem um valor de deslocamento significativamente maior do que a falha do Mar Morto, e ligeiramente maior do que a falha de San Andreas . A falta de deformação significativa em ambos os lados da zona de falha Ius-Melas-Coprates em uma distância de 500 km sugere que as regiões delimitadas pela falha se comportam como blocos rígidos. Esta evidência aponta essencialmente para um grande sistema de deslizamento em um limite de placa, em termos terrestres conhecido como falha de transformação .

Veja também

Referências