火星の二分法

火星の最も顕著な特徴は、火星の二分法として知られる南半球と北半球の鮮明なコントラストです。両半球の地形は標高が 1 ～ 3 km 異なります。火星の地殻の平均厚さは 45 km で、北部の低地では 32 km、南部の高地では 58 km です。

2つの地域の境界は場所によっては非常に複雑です。特徴的な地形の1つはフレッテッド地形と呼ばれます。^{[1] [2] [3]} そこには、高さ約1マイルの壁を持つメサ、ノブ、平底の谷があります。多くのメサとノブの周りには、岩氷河であることがわかっている葉状の岩屑のエプロンがあります。^{[4] [5] [6] [7]}

火星の火山から噴出した溶岩によって形成された多くの大きな谷が二分法を貫いている。^{[8] [9] [10] [11]}

火星の二分境界には、デウテロニルス・メンサエ、プロトニルス・メンサエ、ニロシルティス・メンサエと呼ばれる地域が含まれます。これら 3 つの地域は、氷の移動によって形成されたと考えられる地形^{[12] [13]}や、火山の浸食によって形成されたのではないかと疑われている古海岸線^[14]を含んでいるため、広範囲に研究されてきました。テラ・キンメリア–ネペンテス・メンサエ遷移帯では、二分境界は、約 2 km の局所的な起伏を持つ断崖と、二分境界の麓にある相互につながった北西-南東方向に伸びる閉じた窪地によって特徴付けられ、おそらく伸張テクトニクスに関連しています。^[15]

北方の低地は火星の表面の約3分の1を占め、比較的平坦で、南半球と同じくらい多くの衝突クレーターがある。^[16]火星表面の残り3分の2は南半球の高地である。両半球の標高差は劇的である。地殻の二分性の起源については、内因性（マントルプロセスによる）、単一衝突、多重衝突の3つの主要な仮説が提唱されている。衝突に関連する両方の仮説は、原始的な衝撃が終わる前に起こった可能性のあるプロセスに関係しており、地殻の二分性の起源が火星の歴史の初期にあることを示唆している。

一度の巨大衝突で、地殻に非常に大きな円形の窪みができる。この窪みはボレアリス盆地と名付けられている。しかし、低地の形状に関する推定値の大半は、場所によって円形から大きく外れた形状になっている。^[17]円形からの逸脱は、さらなるプロセスによっても生じる可能性がある。提案されているボレアリス盆地が衝突によってできた窪みであれば、太陽系で知られている最大の衝突クレーターとなる。これほど大きな物体は、太陽系の集積過程のどこかの時点で火星に衝突した可能性がある。

このような規模の衝突では、低地周辺に見られるはずの噴出物層が形成され、火山を形成するのに十分な熱が発生したと予想されます。しかし、衝突が約45億年前（10億年前）に起こった場合、浸食は噴出物層の欠如を説明できますが、火山の不在を説明できません。また、この巨大衝突により、破片の大部分が宇宙空間や南半球全体に散乱した可能性があります。破片の地質学的証拠は、この仮説を非常に説得力のある形で裏付けるものとなるでしょう。^[18]

2008年の研究は、北半球における単一の巨大衝突説に向けた追加研究を提供した。^[19]過去には、タルシス火山隆起の存在により衝突境界の追跡が複雑化していた。タルシス火山隆起は、提案された二分境界の一部を30 kmの玄武岩の下に埋めていた。MITとCITジェット推進研究所の研究者は、火星の重力と地形を使用して、タルシス隆起の下の二分境界の位置を制限し、二分境界の楕円モデルを作成することができた。ボレアリス盆地の楕円形は、 1984年に発表された元の理論^[22]の再編集として、北部の単一衝突仮説^{[20] [21]}に貢献した。

この仮説は、火星の南極に巨大な物体が衝突して火星の南半球を溶かし、それが再結晶化して北半球に比べて厚い地殻を形成し、観測された地殻の二分化を引き起こしたという新たな仮説によって反論されている。^[23]これが火星の磁場を引き起こした可能性がある。^[24] 12の火山列の発見は、この新たな仮説を裏付ける証拠となっている。^[11]当初、このシナリオに必要な衝突物体の大きさは月と同程度と推定されていたが、^{[25] [26]}最近の研究では、半径500～750kmのより小さな飛来物であることが支持されている。^[27]

火星では、その歴史の初期にプレートテクトニクスのプロセスが活発だった可能性があると考えられています。 ^[28]地球では、プレートテクトニクスのプロセスによって大規模な岩石圏地殻物質の再分配が引き起こされることが知られています。マントルプロセスが地球のプレートテクトニクスにどのように影響するかはまだ完全には明らかになっていませんが、マントル対流が細胞またはプルームとして関与していると考えられています。地球の内因性プロセスはまだ完全には理解されていないため、火星での同様のプロセスを研究することは非常に困難です。

この二分性は、火星の核が形成された時に形成されたと考えられます。低地がほぼ円形になったのは、核が急速に形成される過程で発生する可能性のある、噴煙のような一次的な反転によるものと考えられます。低地付近では、初期の爆撃段階の終わりに明らかに発生した内部駆動型の地殻変動の証拠があります。

2005 年の研究では、第 1 次マントル対流が二分法を生み出した可能性があることが示唆されています。^[29]第 1 次マントル対流は、一方の半球では湧昇が支配的であり、もう一方の半球では沈降が支配的である対流プロセスです。証拠の一部は、後期ノアキアンから初期ヘスペリアン時代の広範囲にわたる破砕と火成活動の多さです。内因性仮説に対する反論は、衝突後の地殻の弱化によりボレアリス盆地でこれらの地殻変動が発生した可能性があるというものです。内因性起源仮説をさらに裏付けるには、原始的な衝撃の終了前の断層運動と地殻の屈曲の地質学的証拠が必要です。

しかし、火星にはプレートテクトニクスが存在しないことから、この仮説は弱まっている。^{[30] [31]}

多重衝突仮説は、二分法のセグメントといくつかの大きな衝突盆地の縁との相関関係によって裏付けられている。しかし、ボレアリス盆地の大部分は、それらの衝突盆地の縁の外側にある。火星の低地が複数の盆地によって形成されたのであれば、その内部の噴出物と縁は高地の標高より上にあるはずである。低地の衝突クレーターの縁と噴出物層は、高地よりまだはるかに下にある。^[32]

低地には、衝突盆地の外側にある地域があります。これらの地域は、複数の噴出物層に覆われ、元の惑星の表面と同程度の標高にあるはずです。しかし、明らかにそうではありません。噴出物層が存在しない理由の1つは、噴出物が存在しなかったと推測することです。^[33]

噴出物がないのは、大きな衝突体が噴出物を宇宙空間に撒き散らしたことが原因の可能性がある。別のアプローチでは、深部での冷却とその後の火山活動による地殻負荷によって二分層が形成されたと提案されている。多重衝突仮説も統計的に不利であり、多重衝突盆地が主に北半球で発生し、重なり合う可能性は低い。

火星の大気は、地理的二分法に関連する理由と関連しない理由の両方により、北半球と南半球で大きく異なります。

より顕著なのは、砂嵐は北半球よりも南半球で発生することが多いことです。北半球の砂嵐は、例外的な南半球の砂嵐が地球規模の砂嵐にエスカレートした後に発生する傾向があります。^[34]その結果、不透明度（タウ）は南半球で高くなることがよくあります。砂嵐の含有量が多いと、太陽光の吸収が増加し、大気の温度が上昇します。

火星の自転軸は、他の多くの天体と同様に、何百万年もかけて歳差運動をします。現在、至点は火星の遠日点と近日点とほぼ一致しています。このため、南半球では夏に太陽光が多く、冬に太陽光が少なくなり、北半球よりも気温が極端に高くなります。火星の離心率は地球よりもはるかに高く、大気は全体的にはるかに薄いため、南半球の冬と夏は地球よりも範囲が広くなります。

火星のハドレー循環は、赤道を中心とした対称性からずれている。^[35]南半球の季節変動範囲の広さと相まって（上記参照）、このことが「火星の大気と氷冠の残留水量の南北非対称性」と「季節的な氷冠アルベドの現在の南北非対称性」につながる。火星の大気は現在、「火星の北半球に水を非線形に送り込んでいる」。^[36]

• Google 火星 – Google マップ