Analyser av marsmeteoriter har avslöjat 90 miljoner års ny information om en av den röda planetens vulkaner – och hjälpt till att fastställa vilken vulkan meteoriterna kom ifrån.

Geologer baserade i Storbritannien och USA har använt avancerade masspektrometritekniker för att lära sig mer om ursprunget till sex meteoriter som kallas "nakhlites" – delar av Mars terräng som sprängdes från den röda planetens ansikte av en nedslagshändelse 11 miljoner år sedan, drev sedan genom rymden innan han landade på jorden.

Nakhlitmeteoriter är den näst vanligaste typen av marsmeteoriter. Tre av meteoriterna hittades i Antarktis, en i USA, en i nordvästra Afrika, och en i Egypten.

Deras resultat, som visar att vulkanen på Mars bröt ut minst fyra gånger under loppet av 90 miljoner år, dyka upp i en ny tidning i tidskriften Naturkommunikation , publiceras idag (onsdag 4 oktober).

Mars är hem för solsystemets största vulkaner, inklusive Olympus Mons, som är över 21 kilometer högt och över 600 kilometer tvärs över. Deras imponerande storlek beror delvis på Mars brist på tektoniska plattor. Till skillnad från jorden, där skiftande plattor så småningom kommer att stänga av vulkaners tillgång till deras förråd av smält sten, Mars vulkaner stannar på samma plats, och kan växa i storlek med varje utbrott när nya lager av lava lägger sig och svalnar på vulkanflankerna.

Teamets nya forskning använder radioisotopiska dateringstekniker, vanligt för att bestämma ålder och utbrottshastighet för terrestra vulkaner, att göra samma sak för en vulkan från Mars. Detta är den första detaljerade analysen av tillväxthastigheter i vulkaner från mars med hjälp av meteoriter från mars, och belyser betydande skillnader i vulkanisk aktivitet mellan jorden och Mars.

Forskningen utfördes av forskare vid Scottish Universities Environmental Research Centre, universiteten i Glasgow och St Andrews, Lawrence Livermore National Laboratory, och Natural History Museum i London.

Dr Benjamin Cohen, från Scottish Universities Environmental Research Centre och University of Glasgows School of Geographical and Earth Sciences, är tidningens huvudförfattare.

Dr Cohen sa:"Vi vet från tidigare studier att nakhlitmeteoriterna är vulkaniska stenar, och utvecklingen av åldersdateringstekniker de senaste åren gjorde nakhliterna till perfekta kandidater för att hjälpa oss lära oss mer om vulkaner på Mars."

Först, teamet bekräftade på nytt hur lång tid meteoriterna hade tillbringat i rymden innan de nådde jorden, genom att mäta deras exponering för kosmogen strålning. De bekräftade att alla nakhliterna alla hade kastats ut i rymden tillsammans för cirka 11 miljoner år sedan.

Sedan använde forskarna en teknik som kallas argon-argon geokronologi för att lära sig mer om åldern på vulkanproverna från Mars. Med hjälp av en ädelgas masspektrometer, de kunde mäta mängden argon som byggts upp från naturligt radioaktivt sönderfall av kalium, så att de kan avgöra hur lång tid som har gått sedan vulkanen bröt ut.

Dr Cohen tillade:"Vi fann att nakhliterna bildades från minst fyra utbrott under loppet av 90 miljoner år. Detta är en mycket lång tid för en vulkan, och mycket längre än varaktigheten av terrestra vulkaner, som vanligtvis bara är aktiva i några miljoner år.

"Och det här skrapar bara på ytan av vulkanen, eftersom endast en mycket liten mängd sten skulle ha kastats ut av nedslagskratern – så vulkanen måste ha varit aktiv mycket längre."

Teamets forskning har också hjälpt dem att begränsa möjligheterna till exakt vilken vulkan från mars som deras prover kom ifrån.

Dr Cohen tillade:"Tidigare studier hade föreslagit flera olika kandidatplatser för nakhlitkällkratern. endast en av dessa platser som hittills identifierats stämmer överens med våra resultat för utbrottens ålder och tidpunkten för att stöta ut i rymden. Denna icke namngivna krater ligger på ett område med svagt sluttande lavaslätter 900 km från toppen av den 12,6 km höga vulkanen Elysium Mons, och är över 2000 km norr om den nuvarande platsen för NASA Curiosity-rover.

"NASA har några underbart detaljerade satellitbilder av denna krater. Den är 6,5 km bred, och har bevarat ejecta strålar av skräp. Och vi kunde se flera horisontella band på kraterväggarna – vilket indikerar att stenarna bildar lager, med varje lager tolkat som ett separat lavaflöde.

"Denna studie har kunnat ge en tydligare bild av nakhlitmeteoriternas historia, och i sin tur de största vulkanerna i solsystemet."

Pappret, med titeln "Ta pulsen på Mars via datering av en plymmatad vulkan", publiceras i Naturkommunikation .