Tectonique de Mars - Tectonics of Mars
Comme la Terre , on pense que les propriétés de la croûte et la structure de la surface de Mars ont évolué avec le temps; en d'autres termes, comme sur Terre, les processus tectoniques ont façonné la planète. Cependant, la manière dont ce changement s'est produit et les propriétés de la lithosphère de la planète sont très différentes par rapport à la Terre. Aujourd'hui, on pense que Mars est en grande partie inactif sur le plan tectonique. Cependant, les preuves d'observation et leur interprétation suggèrent que ce n'était pas le cas plus loin dans l'histoire géologique de Mars.
À l'échelle de la planète entière, deux caractéristiques physiographiques à grande échelle sont apparentes à la surface. La première est que l'hémisphère nord de la planète est beaucoup plus bas que l'hémisphère sud et a été refait plus récemment - ce qui implique également que l'épaisseur de la croûte sous la surface est nettement bimodale. Cette caractéristique est appelée « dichotomie hémisphérique ». La seconde est la montée du Tharsis , une province volcanique massive qui a eu des influences tectoniques majeures à la fois à l'échelle régionale et mondiale dans le passé de Mars. Sur cette base, la surface de Mars est souvent divisée en trois grandes provinces physiographiques , chacune avec des caractéristiques géologiques et tectoniques différentes : les plaines du nord, les hautes terres du sud et le plateau de Tharsis. De nombreuses études tectoniques de Mars cherchent à expliquer les processus qui ont conduit à la division de la planète en ces trois provinces, et comment leurs caractéristiques différentes sont apparues. Les hypothèses proposées pour expliquer comment les deux événements tectoniques primaires ont pu se produire sont généralement divisées en processus endogène (provenant de la planète elle-même) et exogène (étranger à la planète, par exemple, impact de météorite). Cette distinction se produit tout au long de l'étude de la tectonique sur Mars.
En général, Mars manque de preuves non équivoques que la tectonique des plaques de style terrestre a façonné sa surface. Cependant, à certains endroits, des anomalies magnétiques de la croûte martienne de forme linéaire et de polarité alternée ont été détectées par des satellites en orbite. Certains auteurs ont fait valoir que ceux-ci partagent une origine avec des rayures similaires trouvées sur le fond marin de la Terre , qui ont été attribuées à la production progressive d'une nouvelle croûte au niveau des dorsales médianes . D'autres auteurs ont fait valoir que des zones de failles décrochées à grande échelle peuvent être identifiées à la surface de Mars (par exemple, dans le creux de Valles Marineris ), ce qui peut être assimilé à des failles de transformation délimitant des plaques sur Terre telles que San Andreas et Dead. Fautes de mer . Ces observations donnent une indication qu'au moins certaines parties de Mars pourraient avoir subi une tectonique des plaques profondément dans son passé géologique.
Provinces physiographiques
Hautes terres du sud
Les hautes terres du sud sont fortement cratérisées et séparées des plaines du nord par la frontière de la dichotomie globale. De fortes bandes magnétiques à polarité alternée s'étendent à peu près EW dans l'hémisphère sud, concentriques avec le pôle sud. Ces anomalies magnétiques se trouvent dans des roches datant des 500 premiers millions d'années de l'histoire de Mars, indiquant qu'un champ magnétique intrinsèque aurait cessé d'exister avant le début de Noachian . Les anomalies magnétiques sur Mars mesurent 200 km de largeur, environ dix fois plus larges que celles trouvées sur Terre.
Plaines du nord
Les plaines du nord ont une altitude de plusieurs kilomètres plus basse que les hautes terres du sud et ont une densité de cratère beaucoup plus faible, indiquant un âge de surface plus jeune. On pense cependant que la croûte sous-jacente a le même âge que celle des hautes terres du sud. Contrairement aux hautes terres du sud, les anomalies magnétiques dans les plaines du nord sont rares et faibles.
Plateau de Tharsis
Le plateau de Tharsis , qui se trouve à la limite des hautes terres et des basses terres, est une région surélevée qui couvre environ un quart de la planète. Tharsis est surmonté des plus grands volcans boucliers connus du système solaire. Olympus Mons mesure 24 km de haut et près de 600 km de diamètre. Le Tharsis Montes attenant se compose d' Ascraeus , Pavonis et Arsia . Alba Mons , à l'extrémité nord du plateau du Tharsis, a un diamètre de 1500 km et se dresse à 6 km au-dessus des plaines environnantes. En comparaison, le Mauna Loa mesure 120 km de large et se dresse à 9 km au-dessus du fond marin.
La charge de Tharsis a eu des influences à la fois régionales et mondiales. Les éléments d'extension rayonnant de Tharsis comprennent des graben de plusieurs kilomètres de large et des centaines de mètres de profondeur, ainsi que d'énormes creux et rifts jusqu'à 600 km de large et plusieurs kilomètres de profondeur. Ces graben et rifts sont délimités par des failles normales à forte inclinaison et peuvent s'étendre sur des distances allant jusqu'à 4000 km. Leur relief indique qu'ils acceptent de petites extensions de l'ordre de 100 m ou moins. Il a été avancé que ces graben sont des expressions de surface de digues souterraines dégonflées .
Circonférentielles à Tharsis sont les soi-disant crêtes de rides . Ce sont des structures de compression composées de crêtes asymétriques linéaires qui peuvent mesurer des dizaines de kilomètres de large et des centaines de kilomètres de long. De nombreux aspects de ces crêtes semblent être cohérents avec les caractéristiques de compression terrestres qui impliquent un pliage de surface recouvrant des failles de poussée aveugle en profondeur. On pense que les crêtes de plis acceptent de petites quantités de matière grasse de l'ordre de 100 m ou moins. De plus grandes crêtes et escarpements ont également été identifiés sur Mars. Ces caractéristiques peuvent atteindre plusieurs kilomètres de haut (par opposition à des centaines de mètres de haut pour les crêtes de rides), et on pense qu'elles représentent de grandes failles de poussée à l'échelle de la lithosphère. Les taux de déplacement pour ceux-ci sont dix fois ceux des crêtes de plis, le raccourcissement étant estimé à des centaines de mètres en kilomètres.
Environ la moitié des caractéristiques d'extension sur Mars se sont formées pendant la Noaque et ont très peu changé depuis, ce qui indique que l'activité tectonique a atteint son maximum tôt et a diminué avec le temps. On pense que la formation de crêtes de rides à la fois autour de Tharsis et dans l'hémisphère oriental a culminé dans l' Hespérien , probablement en raison de la contraction globale attribuée au refroidissement de la planète.
Dichotomie hémisphérique
Hypsométrie
Les données de gravité et de topographie montrent que l'épaisseur de la croûte sur Mars est résolue en deux pics majeurs, avec des épaisseurs modales de 32 km et 58 km dans les hémisphères nord et sud, respectivement. Au niveau régional, la croûte la plus épaisse est associée au plateau de Tharsis, où l'épaisseur de la croûte dans certaines zones dépasse 80 km, et la croûte la plus mince avec des bassins d'impact. Les principaux bassins d'impact constituent collectivement un petit pic d'histogramme de 5 à 20 km.
L'origine de la dichotomie hémisphérique, qui sépare les plaines du nord des hautes terres du sud, a fait l'objet de nombreux débats. Les observations importantes à prendre en compte lors de l'examen de son origine sont les suivantes: (1) les plaines du nord et les hautes terres du sud ont des épaisseurs distinctes, (2) la croûte sous-jacente des plaines du nord a essentiellement le même âge que la croûte des hautes terres du sud, et (3) les plaines du nord, contrairement aux hautes terres du sud, contiennent des anomalies magnétiques clairsemées et faibles. Comme cela sera discuté ci-dessous, les hypothèses pour la formation de la dichotomie peuvent être largement divisées en processus endogènes et exogènes.
Origines endogènes
Les hypothèses endogènes incluent la possibilité d'une phase tectonique des plaques très précoce sur Mars. Un tel scénario suggère que la croûte de l'hémisphère nord est une plaque océanique relique. Dans la reconstruction préférée, un centre d'expansion s'étendait au nord de Terra Cimmeria entre Daedalia Planum et Isidis Planitia . Au fur et à mesure que l'étalement progressait, la plaque boréale a pénétré dans la plaque Acidalia avec une subduction plongeant vers le sud sous Arabia Terra , et la plaque Ulysse avec une subduction plongeant vers l'est sous Tempe Terra et Tharsis Montes . Selon cette reconstruction, les plaines du nord auraient été générées par une seule crête étalée, Tharsis Montes se qualifiant d' arc insulaire . Cependant, les études ultérieures de ce modèle montrent un manque général de preuves de tectonisme et de volcanisme dans les zones où une telle activité était initialement prévue.
Un autre processus endogène utilisé pour expliquer la dichotomie hémisphérique est celui du fractionnement crustal primaire . Ce processus aurait été associé à la formation du noyau martien , qui a eu lieu immédiatement après l'accrétion planétaire. Néanmoins, une origine aussi précoce de la dichotomie hémisphérique est remise en question par le fait que seules des anomalies magnétiques mineures ont été détectées dans les plaines du nord.
La convection du manteau à panache unique a également été invoquée pour expliquer la dichotomie hémisphérique. Ce processus aurait provoqué une fonte et une production de croûte substantielles au-dessus d'un panache de manteau ascendant unique dans l'hémisphère sud, résultant en une croûte épaissie. Il a également été suggéré que la formation d'une couche de fusion hautement visqueuse sous la croûte épaissie dans l'hémisphère sud pourrait conduire à une rotation lithosphérique. Cela peut avoir entraîné la migration de zones volcaniquement actives vers la limite de la dichotomie, et le placement et la formation subséquents du plateau de Tharsis. L'hypothèse du panache unique est également utilisée pour expliquer la présence d'anomalies magnétiques dans l'hémisphère sud, et leur absence dans l'hémisphère nord.
Origines exogènes
Les hypothèses exogènes impliquent un ou plusieurs impacts importants comme étant responsables de l'abaissement des plaines du nord. Bien qu'une origine à impacts multiples ait été proposée, elle aurait nécessité un bombardement préférentiel improbable de l'hémisphère nord. Il est également peu probable que de multiples impacts auraient pu arracher les éjectas de l'hémisphère nord et décaper uniformément la croûte à une profondeur relativement constante de 3 km.
La cartographie des plaines du nord et de la limite de la dichotomie montre que la dichotomie crustale est de forme elliptique. Cela suggère que la formation des plaines du nord a été causée par un seul méga-impact oblique. Cette hypothèse est en accord avec les modèles numériques d'impacts dans la fourchette 30-60 °, qui produisent des bassins limites elliptiques similaires à la structure identifiée sur Mars. La démagnétisation résultant de la chaleur élevée associée à un tel impact peut également servir à expliquer l'absence apparente d'anomalies magnétiques dans les plaines du nord. Cela explique également l'âge de surface plus jeune des plaines du nord, tel que déterminé par une densité de cratère nettement moindre. Dans l'ensemble, cette hypothèse semble mieux s'en tirer que les autres qui ont été proposées.
Implications tectoniques des anomalies magnétiques
Les hauts plateaux du sud de Mars présentent des zones de magnétisation crustale intense . Les anomalies magnétiques sont faibles ou absentes à proximité des grands bassins d'impact, des plaines du nord et dans les régions volcaniques, ce qui indique que la magnétisation dans ces zones a été effacée par les événements thermiques. La présence d'anomalies magnétiques sur Mars suggère que la planète a maintenu un champ magnétique intrinsèque au début de son histoire. Les anomalies sont de forme linéaire et de polarité alternée, ce que certains auteurs ont interprété comme une séquence de renversements et un processus proche de l'étalement des fonds marins. Les rayures sont dix fois plus larges que celles trouvées sur Terre, indiquant une propagation plus rapide ou des taux d'inversion plus lents. Bien qu'aucun centre de propagation n'ait été identifié, une carte des anomalies magnétiques sur Mars révèle que les linéations sont concentriques au pôle sud.
Origine du panache du manteau
Un processus similaire à l'épandage du fond marin a été proposé pour expliquer la présence des bandes concentriques autour du pôle sud martien. Le processus est celui d'un seul grand panache de manteau s'élevant dans un hémisphère et descendant dans l'hémisphère opposé. Dans un tel processus, la nouvelle croûte produite serait mise en place en cercles concentriques s'étendant radialement à partir d'un seul point d'upwelling, conformément au modèle observé sur Mars. Ce processus a également été invoqué pour aider à expliquer la dichotomie hémisphérique martienne.
Origine de l'intrusion de la digue
Une hypothèse alternative prétend que les anomalies magnétiques sur Mars sont le résultat d' intrusions successives de digues dues à l'extension lithosphérique. Au fur et à mesure que chaque intrusion de digue se refroidit, elle acquiert une aimantation thermométrique à partir du champ magnétique de la planète. Les digues successives seraient magnétisées dans la même direction, jusqu'à ce que le champ magnétique inverse sa polarité, ce qui entraînerait les intrusions ultérieures enregistrant la direction opposée. Ces inversions périodiques exigeraient que les intrusions de digues migrent avec le temps.
Accrétion de terranes
Une autre étude suppose un processus de convergence crustale au lieu de génération, arguant que les linéations magnétiques sur Mars se sont formées à une marge de plaque convergente par collision et accrétion de terranes. Cette hypothèse suggère que les linéations magnétiques sur Mars sont analogues aux anomalies magnétiques en bandes dans la cordillère nord-américaine sur Terre. Ces anomalies terrestres sont de géométrie et de taille similaires à celles détectées sur Mars, avec des largeurs de 100 à 200 km.
Implications tectoniques de Valles Marineris
Des recherches récentes prétendent avoir trouvé la première preuve solide d'une frontière tectonique des plaques sur Mars. La découverte fait référence à une grande échelle (> 2000 km de longueur et> 150 km glissement) et assez étroite (<50 km de large) décrochante zone de faille dans la Valles Marineris système de creux, appelé le Ius-Melas- Copre la zone de défaut (Fig. 7). Le système de creux Valles Marineris, qui mesure plus de 4 000 km de long, 600 km de large et jusqu'à 7 km de profondeur, s'étendrait, s'il était situé sur Terre, à toute l'Amérique du Nord.
L'étude indique que la zone de faille Ius-Melas-Coprates est un système transtensionnel à glissement gauche similaire à celui de la zone de faille de la mer Morte sur Terre. L'ampleur du déplacement à travers la zone de faille est estimée entre 150 et 160 km, comme l'indique le bord décalé d'un ancien bassin d'impact. En normalisant l'amplitude du glissement à la surface de la planète, la zone de faille Ius-Melas-Coprates a une valeur de déplacement nettement supérieure à celle de la faille de la mer Morte, et légèrement supérieure à celle de la faille de San Andreas . L'absence de déformation significative de part et d'autre de la zone de faille Ius-Melas-Coprates sur une distance de 500 km suggère que les régions délimitées par la faille se comportent comme des blocs rigides. Cette preuve indique essentiellement un grand système de décrochement à une limite de plaque, en termes terrestres connu sous le nom de faille de transformation .