Vissa vulkaner kan ge utbrott så kraftfulla att de släpper ut oceaner av damm och giftiga gaser i luften, blockerar ute solljus och förändrar en planets klimat i årtionden. Genom att studera topografin och mineralsammansättningen för en del av Arabia Terra-regionen i norra Mars, forskare hittade nyligen bevis för tusentals sådana utbrott, eller "superutbrott, "som är de mest våldsamma vulkanexplosioner som är kända.

spyr ut vattenånga, koldioxid, och svaveldioxid i luften, dessa explosioner slet genom Mars yta under en period på 500 miljoner år för cirka 4 miljarder år sedan. Forskare rapporterade denna uppskattning i en artikel publicerad i tidskriften Geofysiska forskningsbrev i juli 2021.

"Var och en av dessa utbrott skulle ha haft en betydande klimatpåverkan - kanske gjorde den frigjorda gasen atmosfären tjockare eller blockerade solen och gjorde atmosfären kallare, sa Patrick Whelley, en geolog vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som ledde Arabia Terra-analysen. "Modellerare av klimatet på Mars kommer att ha en del arbete att göra för att försöka förstå vulkanernas inverkan." upp till tusentals mil från utbrottsplatsen, en vulkan av denna storlek kollapsar in i ett gigantiskt hål som kallas en kaldera. Calderas, som också finns på jorden, kan vara dussintals miles bred. Sju calderor i Arabia Terra var de första giveaways som regionen en gång kan ha varit värd för vulkaner som kan göra superutbrott.

En gång troddes vara fördjupningar som lämnats av asteroidnedslag mot Mars yta för miljarder år sedan, forskare föreslog först i en studie 2013 att dessa bassänger var vulkaniska kalderor. De märkte att de inte var perfekt runda som kratrar, och de hade några tecken på kollaps, som mycket djupa golv och bänkar av sten nära väggarna.

"Vi läste den tidningen och var intresserade av att följa upp, men istället för att leta efter vulkaner själva, vi letade efter askan, för du kan inte dölja bevisen, " sa Whelley.

Whelley och hans kollegor fick idén att leta efter bevis på aska efter att ha träffat Alexandra Matiella Novak, en vulkanolog vid Johns Hopkins Applied Physics Laboratory i Laurel, Maryland. Matiella Novak hade redan använt data från NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter för att hitta aska någon annanstans på Mars, så hon samarbetade med Whelley och hans team för att leta specifikt i Arabia Terra.

Teamets analys följde upp arbetet från andra forskare som tidigare föreslog att mineralerna på ytan av Arabia Terra var vulkaniskt ursprung. En annan forskargrupp, när man fick veta att Arabia Terra-bassängerna kunde vara kalderor, hade beräknat var aska från eventuella superutbrott i den regionen skulle ha lagt sig:färdas medvind, österut, det skulle tunnas ut från vulkanernas centrum, eller i det här fallet, det som är kvar av dem — kalderan.

"Så vi tog upp det vid den tidpunkten och sa, "OK, väl, dessa är mineraler som är förknippade med förändrad vulkanisk aska, som redan har dokumenterats, så nu ska vi titta på hur mineralerna är fördelade för att se om de följer det mönster vi förväntar oss att se från superutbrott, Sa Matiella Novak.

Teamet använde bilder från MRO:s Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars för att identifiera mineralerna i ytan. Tittar i väggarna av kanjoner och kratrar från hundratals till tusentals miles från kalderan, dit askan skulle ha burits av vinden, de identifierade vulkaniska mineraler som förvandlades till lera av vatten, inklusive montmorillonit, imogolit, och allofan. Sedan, med bilder från MRO-kameror, laget gjorde tredimensionella topografiska kartor över Arabia Terra. Genom att lägga mineraldata över de topografiska kartorna över de analyserade kanjonerna och kratrarna, forskarna kunde se i de mineralrika fyndigheterna att askskikten var mycket välbevarade – istället för att bli rörd av vindar och vatten, askan var skiktad på samma sätt som den skulle ha varit när den var färsk.

"Det var då jag insåg att det här inte är en slump, detta är en riktig signal, sa Jacob Richardson, en geolog vid NASA Goddard som arbetade med Whelley och Novak. "Vi ser faktiskt vad som förutspåddes och det var det mest spännande ögonblicket för mig."

Samma forskare som ursprungligen identifierade kalderan 2013 beräknade också hur mycket material som skulle ha exploderat från vulkanerna, baserat på volymen av varje kaldera. Denna information gjorde det möjligt för Whelley och hans kollegor att beräkna antalet utbrott som behövdes för att producera tjockleken på askan de hittade. Det visade sig att det var tusentals utbrott, sa Whelley.

En återstående fråga är hur en planet kan ha bara en typ av vulkan som skräpar ner en region. På jorden, vulkaner som kan göra superutbrott – det senaste utbrottet 76, 000 år sedan på Sumatra, Indonesien - är utspridda över hela världen och finns i samma områden som andra vulkantyper. Mars, för, har många andra typer av vulkaner, inklusive den största vulkanen i solsystemet, kallas Olympus Mons. Olympus Mons är 100 gånger större i volym än jordens största vulkan Mauna Loa på Hawaii, och är känd som en "sköldvulkan, " som dränerar lava nerför ett svagt sluttande berg. Arabia Terra har hittills det enda beviset på explosiva vulkaner på Mars.

Det är möjligt att super-eruptiva vulkaner var koncentrerade i regioner på jorden men har eroderats fysiskt och kemiskt eller flyttats runt jorden när kontinenter skiftade på grund av plattektonik. Dessa typer av explosiva vulkaner kan också existera i regioner av Jupiters måne Io eller kan ha varit samlade på Venus. Hur det än må vara, Richardson hoppas att Arabia Terra kommer att lära forskare något nytt om geologiska processer som hjälper till att forma planeter och månar.

"Folk kommer att läsa vår tidning och gå, "Hur? Hur kunde Mars göra det? Hur kan en så liten planet smälta tillräckligt med sten för att driva tusentals superutbrott på en plats?", sa han. "Jag hoppas att dessa frågor leder till mycket annan forskning.