Plains volcanism in Tharsis region on Mars: Ages and Rheology of Eruption Products

• Název práce v češtině: Vulkanismus plání v oblasti Tharsis na Marsu: Stáří a reologické ; vlastnosti vyvřelých hornin
• Název v anglickém jazyce: Plains volcanism in Tharsis region on Mars: Ages and Rheology ; of Eruption Products
• Klíčová slova: vulkanismus plání na Marsu, nízké štítové sopky, oblast Tharsis
• Klíčová slova anglicky: volcanism on Mars, rheology, low shield volcanoes, Tharsis region,
• Akademický rok vypsání: 2008/2009
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Ústav petrologie a strukturní geologie (31-440)
• Vedoucí / školitel: Mgr. Prokop Závada, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 29.10.2008
• Datum zadání: 20.04.2010
• Datum odevzdání elektronické podoby: 01.06.2010
• Datum proběhlé obhajoby: 07.06.2010
• Oponenti: Dipl. Geol. Ernst Hauber
• Konzultanti: doc. RNDr. František Holub, CSc.

Předběžná náplň práce

Vulkanismus plání v oblasti Tharsis na Marsu: Stáří a reologické vlastnosti vyvřelých hornin.

Dálkový průzkum Marsu ukázal skupiny nízkých štítových sopek v oblasti vulkanické provincie Tharsis na Marsu (Hauber et al., 2009). Tyto nízké štítové sopky a doprovodné vulkanické útvary odpovídají pozemským ekvivalentům spojeným s vulkanismem plání, který popsal americký geolog Greely (1982) ve Snake River Plain v Idaho jako přechodný typ mezi výlevným vulkanismem bazaltů a Havajským typem erupcí.

Množství současných výzkumů se zabývalo některými vlastnostmi nízkých štítových sopek (jako jejich morfologií, morfometriíí a vlastnostmi vyvřelé lávy), ale zatím se žádná práce nezabývala komplexně historií nízkých štítových sopek. Cílem naší práce bylo určit relativní a absolutní stáří nízkých štítových sopek a současně určit základní reologické vlastnosti lávových proudů v širším okolí zájmové oblasti. Hlavním cílem bylo zjistit, jestli existuje nějaká genetická spojitost mezi jednotlivými skupinami sopek v oblasti Tharsis, a jak jsou jednotlivé sopky staré.


Pro určení absolutního stáří jednotlivých povrchových jednotek jsme použili metodu založenou na počítání četnosti impaktních kráterů a jejich velikostí vyvinutou Hartmanem a Neukumem (2001) a Ivanovem (2001) a pro reologické vlastnosti jsme použili metodu úspěšně použitou například v práci Hiesingera a kolektiv (2007). Je známo, že nízké štítové sopky jsou tvořeny hlavně bazaltickými horninami s nízkou viskozitou, která mohla být způsobena vysokou rychlostí erupce, vysokou teplotou či vysokým obsahem Fe-Mg ve vyvržené tavenině.

Celkově jsme zmapovali 61 sopek napříč celou oblastí Tharsis za pomoci snímků z Context Camera (CTX) s rozlišením mezi 5 až 6 metry na pixel a 10 lávových proudů, které vycházely z kráterů spojených s nízkými štítovými sopkami nebo měly svůj zdroj na přilehlých okolních pláních. Pro sopky jsme určili jejich absolutní a relativní věk a objem vyvřelých hornin, pro lávové proudy práh roztékavosti (yield strength), rychlost erupcí a viskozitu. Jelikož reologie lávy je primárně závislá na tloušťce lávového proudu (Hiesinger et al., 2007), použili jsme několik rozdílných technik pro její určení (Hiesinger et al., 2007; De Hon, 1974, Smith et al., 2001). Shledali jsme, že topografická data pořízená přístrojem Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) na palubě Mars Global Surveyor mají dostatečné rozlišení pro tento typ studie.

Výsledky ukázaly, že vulkanismus formující nízké štítové sopky v Tharsis byl v Marsovské historii dlouhodobý a že byl aktivní v geologicky nedávné době. Věky většiny zkoumaných skupin sopek spadají mezi 50 až 130 milióny let, což odpovídá pozdnímu Amazonianu, s několika případy starších věků jako například skupina sopek v oblasti Tempe Terra (370 až 1000 miliónu let, střední Amazonian) a Syria Planum (okolo 1340 až 2880 milióny let, spodní až střední Amazonian). Rozšíření staršího vulkanismu může být mnohem větší vzhledem ke skutečnosti, že pozorování umožňuje pozorovat pouze nejmladší svrchní projevy vulkanismu.

Výsledky reologického měření jsou ve shodě s předchozími publikovanými pracemi ohledně lávových proudů na Marsu a taktéž s pozorováními pozemských proudů. Vypočítané vlastnosti marsovských láv odpovídají bazaltovým (a místy andezitovým) lávám, které tvoří Havajské sopky na Zemi, extruzívní dómy v měsíčních mořích a lávovým proudům na Venuši. Dále jsme zjistili, že vlastnosti lávových proudů vycházející z kráterů na vrcholcích nízkých štítových sopek jsou srovnatelné s lávami, které vyvěraly z prasklin na okolních pláních. To může znamenat, že lávy z obou dílčích oblastí měly stejný magmatický zdroj v době svého vzniku.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Plains volcanism in Tharsis region on Mars: Ages and Rheology of Eruption Products

Remote sensing data show clusters of low shield volcanoes in Tharsis volcanic province on Mars (Hauber et al., 2009). These low shield volcanoes and associated landforms are comparable with terrestrial plain-style volcanism (Plescia, 1981) defined by Greeley (1982) in the Snake River Plain in Idaho, which represents an intermediate style of volcanic activity ranging between flood basalts and the Hawaiian shields.

While a number of recent studies addressed some aspects of low shield volcanoes (in particular their morphology, morphometry, and lava rheology), no systematic study including the chronology for the entire region of Tharsis is available so far. The goal of this work is to determine relative and absolute ages of low shield volcanoes and surrounding lava flows and their basic rheological properties. We wanted to find out the genetical relationships between observed clusters of low shield volcanoes and their ages.

We used crater size-frequency distribution method (CSFD) developed by Hartman and Neukum (2001) and Ivanov (2001) for determination of absolute dating of the surface. For calculation of rheological properties of the lava, we used methods established by Hiesinger et al. (2007). It is known that low shield volcanoes on Mars consist of basaltic lavas that had low viscosities during their effusion, which can be attributed either due to the high effusion rates, high temperatures of erupting lava or high content of Fe-Mg components in the melt.

Detailed morphometric study of selected volcanic features was carried out using Context Camera (CTX) pictures with resolution around 5-6 meters per pixel. This study comprised sixty one low shield volcanoes in the whole Tharsis volcanic province, ten lava flows that poured out from the low shield volcanoes and also lava flows with sources in the surrounding plains. For the volcanoes, we established absolute ages and their volumes. Lava flows are characterized by yield strength, effusion rates and viscosities of erupted lavas. We used several techniques to measure the lava flow thickness (Hiesinger et al., 2007; De Hon, 1974, Smith et al., 2001). We found, that the high resolution topographic data from Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) onboard Mars Global Surveyor are sufficient for this kind of analysis.

The results confirmed, that volcanic activity forming low shield volcanoes in the Tharsis was active intermittently trough the long geological history of Mars up to recent times. Most of the observed clusters formed about 50 to 130 Ma ago corresponding to Late Amazonian with few cases of significantly older ages in the regions of Tempe Terra (about 370 ? 1000 Ma, middle Amazonian) and Syria Planum (about 1340 ? 2880 Ma, early to middle Amazonian). The extent of the older volcanic activity may have been much larger, considering the fact that older volcanic products can be hidden under the younger volcanic deposits.

The results about rheological properties of investigated lavas are in agreement with previous investigations of Mars lava flows and also with their terrestrial analogues. Measured lava flows reveal rheological parameters comparable to basaltic (or partly andesitic) lavas forming the Hawaiian low shield volcanoes, lunar mare domes or Venusians? lava flows. We found that lava flows pouring out from vents on top of low shield volcanoes and from fissure vents in the surrounding plains have the same properties, which can reflect their common magmatic source.