火星の鉱石資源

火星には、将来の入植者にとって非常に有用な鉱石が存在する可能性がある。^{[ 1 ] [ 2 ]} 火山地形の豊富さと広範囲にわたるクレーターは、多様な鉱石が存在する強力な証拠である。^{[ 3 ]}火星には地球への輸送コストを正当化するようなものは何も見つからないかもしれないが、将来の入植者が火星から入手できる鉱石が多ければ多いほど、そこに植民地を建設しやすくなるだろう。^{[ 4 ]}

鉱床は大量の熱の助けを借りて生成されます。火星では、熱は地下を移動する溶融岩石やクレーターの衝突から得られます。地下の液状の岩石はマグマと呼ばれます。マグマが地下の空洞に留まり、何千年もかけてゆっくりと冷えると、重い元素が沈みます。銅、クロム、鉄、ニッケルなどのこれらの元素は底に濃縮されます。^{[ 5 ]} マグマが熱いときは、多くの元素が自由に移動できます。冷えるにつれて、元素は互いに結合して化学化合物または鉱物を形成します。一部の元素は容易に結合して鉱物を形成しないため、他のほとんどすべての元素が化合物または鉱物に結合した後も自由に存在します。残りの元素は不適合元素と呼ばれます。^{[ 6 ]} それらのいくつかは人間にとって非常に有用です。例としては、超伝導体や特殊鋼の製造に使用される金属であるニオブ、テレビモニターや省エネLED電球に使用されるランタンとネオジム、ユーロピウムなどがあります。 ^{[ 7 ]} マグマの塊が冷えてほとんどが凍結または結晶化して固体になった後、少量の液状岩石が残ります。この液体には、鉛、銀、錫、ビスマス、アンチモンなどの重要な物質が含まれています。^{[ 8 ]}マグマ溜まりの鉱物は非常に高温であるため、気体状態になることがあります。また、水や硫黄と混ざって水溶液になるものもあります。ガスや鉱物を豊富に含む溶液は、やがて亀裂に入り込み、有用な鉱脈となります。不適合元素を含む鉱石鉱物は、高温の溶液に溶解したままで、溶液が冷えると結晶化します。 ^{[ 9 ]}これらの高温溶液によって形成された鉱床は、熱水鉱床と呼ばれます。地球上で最も重要な金、銀、鉛、水銀、亜鉛、タングステンの鉱床のいくつかは、このようにして形成されました。^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}サウスダコタ州北部ブラックヒルズの鉱山のほぼすべては、熱水鉱床による鉱物の供給によって形成された。^{[ 13 ]}マグマ の塊が冷えると、マグマは収縮して固まるため、亀裂がよく発生します。亀裂は凍結したマグマの塊と周囲の岩石の両方に発生するため、鉱石は近くにあるあらゆる種類の岩石に堆積しますが、鉱石鉱物はまず溶融したマグマの塊によって濃縮される必要があります。 ^{[ 14 ]}

ルイジアナ州立大学で行われた研究では、エリシウム・モンスの火山周辺でさまざまな種類の火山物質が発見されました。これは、火星でマグマの進化が起こり得ることを示しています。これは、将来の火星の人類にとって有用な鉱物を発見できる可能性につながります。^{[ 15 ] [ 16 ]}

火星に巨大な火山が多数存在するということは、過去に広範囲にわたって非常に高温だったことを示している。オリンポス山は太陽系最大の火山であり、その中の比較的小さな火山であるケラウニウス・トロスは、地球のエベレスト山に匹敵する高さである。

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  オリンポス山地域には、いくつかの大きな火山が見られる。
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  火星探査機マーズ・グローバル・サーベイヤーの火星周回カメラで撮影された画像では、下側の火山はケラウニウス・トロス、上側の火山はウラニウス・トロスです。ケラウニウス・トロスの高さは、地球のエベレスト山とほぼ同じです。
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  THEMISが捉えた溶岩流。縁の形状に注目してください。

マグマが地下を移動したことを示す岩脈の形で、はるかに広範囲にわたる熱源の強力な証拠がある。岩脈は壁のような形をしており、岩層を横切っている。 ^{[ 17 ]}火星の岩脈の中には、侵食によって露出しているものもある。

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  HiWishプログラムの下でHiRISEが撮影した、シルトス・マヨール四角形にある可能性のある堤防。
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  HiRISEがHiWishプログラムの一環として撮影したアラビアの堤防。これらの直線状の地形は、将来の入植者が貴重な鉱床を発見できる場所を示している可能性がある。縮尺は500メートル。
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  HiWishプログラムの一環としてHiRISEが観測した、タウマシア四角形地域にある可能性のある岩脈。岩脈には貴重な鉱物が堆積している可能性がある。
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  HiWishプログラムの下でHiRISEが観測した、オキシア・パルス四角形地域における可能性のある堤防。
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  HiRISEのHiWishプログラムで撮影された、堤防の可能性のある場所。画像はイアピギア四角形エリアに位置する。
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  まっすぐな尾根は、かつて溶岩が流れていた岩脈である可能性がある。この画像は、THEMIS衛星が撮影したシルトス大峡谷の霍興峡谷である。
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  THEMIS衛星の観測によると、ホイヘンス火口付近の堤防は、左上から右下にかけて走る細い暗い線として写っている。
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  HiRISEがHiWishプログラムの下で撮影した堤防。カシウス四角形エリアのニロシルティス地域で撮影された画像。
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  コロラド州スパニッシュ・ピークス付近の岩脈。このような岩脈は火星ではよく見られる。

火星の広範囲には、フォッサと呼ばれる溝があり、地質学者はこれを地溝帯と分類しています。これらは火山から数千マイルも伸びています。 ^{[ 18 ]}岩脈が地溝帯の形成に役立ったと考えられています。^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}多くの、おそらくほとんどの地溝帯の下には岩脈がありました。火星では岩脈やその他の火成岩の貫入が予想されます。なぜなら、地質学者は、地下を移動した液状岩石の量は、火山や溶岩流の形で地表に見られる量よりも多いと考えているからです。^{[ 22 ]}

地球上では、広大な火山地帯は大規模火成岩地域（LIP）と呼ばれ、ニッケル、銅、チタン、鉄、プラチナ、パラジウム、クロムの産地となっている。^{[ 4 ] [ 23 ]}火星のタルシス地域は、巨大火山群を含むLIPと考えられている。

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  HiRISEで観測されたメムノニア・フォッサエの地溝帯。この地溝帯は、地域的な地殻変動による伸張ではなく、マグマ岩脈によって形成されたと考えられている（スケールバーは1.0km）。
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  HiRISEから見た、エリシウム中庭にあるケルベロスの巣穴

火星では、溶岩によって発生する熱の他に、小惑星が表面に衝突して巨大なクレーターを作った際にも大量の熱が発生しました。大きな衝突の周辺地域は、冷えるのに数十万年かかる可能性があります。^{[ 4 ]}

その間、地中の氷が溶けて熱を帯び、鉱物が溶解し、衝突によって生じた亀裂や断層に堆積します。地球の研究では、亀裂が生じ、二次鉱物脈が亀裂に充填されることが記録されています。^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}火星を周回する衛星からの画像では、衝突クレーター付近に亀裂が検出されています。^{[ 28 ]}オポチュニティ・ローバーは、エンデバー・クレーター の縁で、水による変質と低度の熱変質の領域を発見しました。^{[ 29 ]} これらは、深部の流体循環を可能にし、岩石の化学的および熱的変質を引き起こした節理や断裂の近くに見られます。したがって、火星のクレーター周辺の領域には、衝突の間接的な結果として生成されたさまざまな鉱物が含まれている可能性があります。^{[ 30 ]}

衝突による熱は、いくつかのプロセスによって発生します。衝突直後、地面からの反動で高温の岩石が地表に隆起します。しかし、熱の大部分は衝突時に発生する運動エネルギーに由来します。この膨大な熱によって、初期に形成され、その後しばらくの間続くいくつかの有用な生成物が生成されます。これらは「後成堆積物」と呼ばれます。衝突による亀裂内の高温の鉱物に富む流体の循環は、熱水作用を引き起こします。重要な例としては、カナダのサドベリー火成岩複合体のCu-Ni硫化物があります。長年にわたり、サドベリー地域のこれらの鉱石は毎年20億ドルの価値がありました。サドベリー層からは、亜鉛、銅、金、鉛の鉱石が産出されています。^{[ 25 ] [ 31 ]}

アウキ・クレーターを研究している研究チームは、熱水活動の強力な証拠を報告した。このクレーターには、衝突によって形成された亀裂の後に生成された可能性のある尾根がある。火星偵察オービターの機器を使用して、彼らは地球の衝突誘発熱水系で一般的な鉱物であるスメクタイト、シリカ、ゼオライト、蛇紋石、炭酸塩、および緑泥石を発見した。 ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}他の火星のクレーターを研究した他の科学者からも、火星の衝突後の熱水系の他の証拠がある。^{[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]}

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  CTXが撮影したアウキ火口の広角写真
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  HiRISEで撮影されたアウキ火口中央部のクローズアップ画像。矢印は尾根を示している。画像上部付近には砂丘が存在する。
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  前回のHiRISE画像から得られた尾根の拡大図。矢印はX字型の尾根を示している。
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  アウキ火口の中央部をクローズアップした画像。矢印で尾根が示されている。この画像は、以前に撮影されたHiRISE画像を拡大したものである。

火星の表面には、過去にはより湿潤な気候であったことを示す豊富な証拠と、現在地中に凍結している氷が存在するため、衝突熱によって熱水系が形成される可能性は十分にあります。NASA の火星探査機マーズ・オデッセイは、ガンマ線分光計を用いて軌道上から氷の分布を実際に測定しました。^{[ 41 ]}そのため、過去には、亀裂を循環して新しい鉱物を沈着させるのに十分な量の水が存在した可能性があります。この熱水変質と呼ばれるプロセスは、火星隕石で発見されています。2011年2月に発表された研究では、ナクライト火星隕石の脈に粘土鉱物、蛇紋石、炭酸塩が発見されたことが詳細に報告されています。^{[ 42 ] [ 43 ]}ロケットエンジンの噴射によって氷の層が露出したフェニックス着陸機は、氷が溶ける様子を観察しました（氷は昇華によって消失しました）。^{[ 44 ] [ 45 ]}

地球上の約180の衝突クレーターのうち30%に鉱物や石油・ガスが含まれていることから、クレーター形成は天然資源の開発を促進しているように思われる ^{[ 46 ]。} 地球上の衝突関連の影響で生成される鉱石には、鉄、ウラン、金、銅、ニッケルの鉱石が含まれる。衝突構造から採掘される物質の価値は、北米だけでも年間50億ドルと推定されている^{[ 25 ] 。}

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  ヘラス盆地地域の地形。これは、冷却に数千年を要したであろう衝突痕の一つです。この地域が冷却される過程で、多くの鉱物が堆積した可能性があります。
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  アルギレ盆地の地形。アルギレ四角形地域における主要な地形である。この巨大な衝突クレーターは、冷却されるまでに数千年もの歳月を要したと考えられる。

科学界では、隕石群が火星から飛来したことが以前から認められています。そのため、それらは火星の実際のサンプルであり、地球上で入手可能な最高の機器で分析されています。SNCと呼ばれるこれらの隕石からは、多くの重要な元素が検出されています。マグネシウム、アルミニウム、チタン、鉄、クロムは比較的よく見られます。さらに、リチウム、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ランタン、ユーロピウム、タングステン、金が微量ながら見つかっています。場所によっては、これらの物質が経済的に採掘できるほど濃縮されている可能性は十分にあります。^{[ 47 ]}

火星着陸機バイキングI、バイキングII、パスファインダー、オポチュニティ探査車、スピリット探査車は、火星の土壌からアルミニウム、鉄、マグネシウム、チタンを発見した。^{[ 48 ]}オポチュニティは「ブルーベリー」と呼ばれる小さな構造物を発見し、そこには鉄の主要鉱石である赤鉄鉱が豊富に含まれていることがわかった。^{[ 49 ]} これらのブルーベリーは簡単に集めて金属鉄に還元することができ、鋼鉄の製造に使用できる。

さらに、スピリットとオポチュニティの両探査車は、火星の表面にニッケル鉄隕石が存在することを発見した。 ^{[ 50 ] [ 51 ]}これらは鋼鉄の 製造にも利用できる可能性がある。^{[ 52 ]}

2011年12月、オポチュニティ探査車は土壌から突き出た石膏の鉱脈を発見した。検査の結果、カルシウム、硫黄、水が含まれていることが確認された。鉱物石膏はデータと最もよく一致する。岩の割れ目を通って流れた鉱物豊富な水によって形成された可能性が高い。この鉱脈は「ホームステーク」と呼ばれ、火星のメリディアニ平原にある。ホームステークは、平原の硫酸塩に富む堆積岩が、エンデバー・クレーターの縁に露出しているより古い火山岩と接するゾーンにある。^{[ 53 ]}

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  ヒートシールドロックは、他の惑星で発見された最初の隕石である。鉄分が93%含まれている。

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  バイキング着陸船は火星表面の写真を撮影し、土壌を分析した。

火星の表面には、暗い砂丘がよく見られます。その暗い色は、玄武岩と呼ばれる火山岩によるものです。玄武岩の砂丘には、クロム鉄鉱、磁鉄鉱、チタン鉄鉱などの鉱物が含まれていると考えられています。^{[ 54 ]} 風によって集められた砂なので、採掘する必要はなく、すくい上げるだけで済みます。^{[ 55 ]}これらの鉱物は、将来の入植者にクロム、鉄、チタンを供給する可能性があります。

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  ノアキス四角形の中に暗い斑点を形成する、おそらく玄武岩でできた暗い砂丘。マーズ・グローバル・サーベイヤーによる画像。
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  HiRISEで撮影したノアキスの砂丘の広角写真
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  前の画像に写っていた砂丘をHiRISEで拡大した画像です。砂が岩をほとんど覆っていない様子が分かります。

理論的には、火星には鉱石資源が存在する。^{[ 55 ]}さらに、高感度機器を使えば、クレーター周辺や火山地帯の近くなど、鉱石資源を探す場所を予測できる。画像が収集されるにつれて、より多くの情報が得られ、貫入（地下）火成活動を示す岩脈などの小さな構造物の位置をより正確にマッピングするのに役立つだろう。将来的には、重力や磁気を測定する装置を搭載した無人探査機が、鉱床の正確な位置を特定できるようになるだろう。

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• 衝突事象– 2つの天体の衝突 
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• 火星の鉱物学
• 火星の水― 火星における過去および現在の水に関する研究