火星の海の矛盾を解決する巨大火山群

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太古の火星に海が存在したという仮説について、その問題点を解決できる新たなモデルが提唱された。火星の海はこれまでの推定よりも数億年早く形成され、水深も浅かった可能性がある。

【2018年3月26日 カリフォルニア大学バークレー校

火星には太古の海に侵食されて作られたと考えられる海岸線のような地形がいくつも存在しており、かつて火星に海が存在した証拠だと考えられている。一方で現在の火星に存在する水の総量が少なすぎることから、海はなかったとする研究者もおり、海の存在に関する見解は分かれている。

火星の極地方には極冠という形で水の氷が少し存在しているが、これだけでは海と呼べるほど広い面積を覆うにはとても足りない。したがって、もし太古に海があったとすれば、その水は今では地下の永久凍土となっていて、残りは宇宙空間に散逸したことになる。しかし、現在の永久凍土に含まれる水の量と宇宙に逃げた水の推定量を合計しても、火星の地形に残されている海岸線から推定されるかつての海水の量にはまだ足りない。

また、「火星の海」仮説のもう一つの弱点として、かつての海岸線と思われる地形の標高がばらばらだという問題もある。海岸線の痕跡なら、その標高(=重力の強さが等しい面を0mとして測った高さ)はおおよそ水平に揃っていなければならないが、火星の海岸地形は場所によって1000mも標高が違っているのだ。

米・カリフォルニア大学バークレー校のRobert Citronさんたちによる最新の研究によれば、太古の火星に海が生まれた時期と、現在火星の赤道地方にある「タルシス(Tharsis)地域」と呼ばれる巨大な溶岩台地の形成時期を考え直すことで、これらの矛盾を解決できるという。タルシスは火星表面のおよそ4分の1を占める最も標高の高い地域で、有名なオリンポス山を含む巨大な火山が数多く存在している。

火星の標高図
火星の標高図。青や紫は標高が低く赤やオレンジは高い。西半球(左半分)に見られる標高の高い地域がタルシスで、その中の白い領域は特に標高が高い火山を示す。赤紫の線は「アラビア」と呼ばれる40億年以上前の海によって作られた海岸線。同じく、白い線は「デウテロニルス」、水色の線は「イシディス」と呼ばれる海の海岸線を示す。デウテロニルスとイシディスはアラビアより数百万年新しい時代の海と考えられている(提供:Robert Citron, UC Berkeley、以下同)

「これまで、タルシスは火星の歴史の初期に短い時間で形成され、海はその後にできたとされていました。しかし私たちは、海ができた時代はもっと昔にさかのぼり、タルシスを形作った溶岩の噴出が、海の形成と同時期に徐々に起こったと考えています」(カリフォルニア大学バークレー校 Michael Mangaさん)。

火星の海ができ始めた時代にタルシスの巨大火山群がまだ生まれたばかりだったとすれば、火山活動による惑星の変形や地殻変動の影響もまだ少なかったことになる。つまり、火星の海はこれまでの推定よりも浅く、現在残っている海岸地形も、後世の隆起や沈降が起こるより以前にもっと標高が低い場所で作られたということになり、火星の海水量はこれまでの推定の約半分で済む。

またMangaさんは、タルシスから放出された火山ガスで温室効果が生じて火星全体の温暖化が起こり、これによって液体の水が火星表面に存在できるようになったと考えている。さらに、火山の噴火によって地下水が表面に現れて河川などの水の流れが生じ、これらが北半球の平原に流れ込んで海が生まれた可能性があるとしている。

彼らのモデルによれば、今から約40億年前に火星最初の海である「アラビア(Arabia)」ができた。このころタルシスは、成長史の中で最初の2割ほどが過ぎた時期だったと考えられる。その後、タルシスの火山が高く成長するにつれて火星の平地部分は沈降し、海岸線も地殻変動を受けた。こう考えることで、現在残されている海岸地形の標高がばらばらであるという問題にも説明がつくという。また、アラビアの海岸線よりも低い標高にある「デウテロニルス(Deuteronilus)」という海の海岸線は、タルシス火山群が成長した最後の時代にあたる約36億年前に作られたものだと推定している。

火星に存在した2つの海「アラビア」と「デウテロニルス」のイラスト
(左)40億年前に形成されたと考えられる海「アラビア(Arabia)」、(右)36億年前ごろに形成されたと考えられる海「デウテロニルス(Deuteronilus)」。このイラストでは火星の裏側に巨大火山台地「タルシス(Tharsis)」が存在する

「これはあくまでも仮説ですが、今後の研究でタルシスと海岸線の年代をより正確に決めることができれば、この仮説が正しいかどうかわかるでしょう」(Mangaさん)。

今年5月に打ち上げ予定のNASAの火星探査車「インサイト」による探査で、この仮説が正しいかどうかの手がかりが得られるかもしれない。このミッションでは火星の表面に地震計を設置する予定で、これによって火星の内部を調査し、太古の海の名残である地下の氷や液体の水を発見できるかもしれない。

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