نزدیک شدن به سیاره مریخ از دل آشپزخانه

مخروط‌های بدون ریشه،  خصوصیات فیزیکی آتشفشانی کوچکی با قطر چند متر تا چند صد متر هستند که در اثر انفجارهای مداوم ناشی از تعامل بین گدازه‌های سطحی و توده‌های آبی مانند دریاچه‌ها و رودخانه‌ها ایجاد می‌شوند. برخلاف آتشفشان‌های معمولی که از ماگمایی که از اعماق زمین بیرون می‌آیند، ایجاد می‌شوند، مخروط‌های بدون ریشه زمانی تشکیل می‌شوند که گدازه یک لایه حاوی آب را می‌پوشاند و باعث واکنش‌های انفجاری می‌شود. اگرچه ایسلند میزبان بسیاری از مخروط‌های بی‌ریشه است اما آنها در سایر نقاط زمین کمتر رایج هستند و نمونه‌های کوچکی از آن‌ها نیز در امتداد ساحل جزیره بزرگ هاوایی یافت می‌شوند. در مقابل، میدان‌های وسیعی از مخروط‌های بدون ریشه در مریخ شناسایی شده‌اند که مکانیسم‌های تشکیل آن‌ها، به کانون مهم زمین‌شناسی سیاره‌ای تبدیل شده است.

به نقل از دانشگاه نیگاتا، دانشیار رینا نوگوچی (Rina Noguchi) و شاگردش واتارو ناکاگاوا (Wataru Nakagawa) از دانشگاه نیگاتا آزمایش‌های آنالوگ داخلی را برای شبیه‌سازی نحوه‌ی ‌تشکیل مخروط بدون ریشه انجام دادند. آنها از شربت نشاسته گرم شده به عنوان آنالوگ گدازه و مخلوطی از جوش شیرین و شربت کیک برای نشان دادن لایه‌ای حاوی آب استفاده کردند.

در شرایط طبیعی، دمای گدازه بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد است و آب را تا زمانی که تبخیر شده و به صورت انفجاری منبسط می‌شود گرم می‌کند. با این حال، شربت نشاسته قبل از کاراملی شدن تنها به حدود ۱۴۰ درجه سانتیگراد می‌رسد که برای تبخیر آب کافی نیست. برای غلبه بر این مسئله، محققان از تجزیه حرارتی جوش شیرین استفاده کردند. هنگامی که جوش شیرین توسط شربت نشاسته گرم می‌شود، دی‌اکسیدکربن آزاد می‌کند و فرآیند کف کردن را تشدید می‌کند و انفجارهایی شبیه به تشکیل مخروط بدون ریشه را شبیه‌سازی می‌کند. شربت کیک برای تنظیم ویسکوزیته یا گران‌روی اضافه شد. محققان ضخامت شربت را در یک لیوان تغییر دادند و اندازه و تعداد دریچه‌های تشکیل شده را به دقت تجزیه و تحلیل کردند.

محققان توضیح می‌دهند: ما مشاهده کردیم که مجراها اغلب نتوانستند ساختار خود را حفظ کنند زیرا توسط مجراهای تشکیل شونده مجاور مختل می‌شدند.

این مطالعه نشان داد که رقابت مجرایی، علاوه بر رقابت آبی، به طور قابل‌توجهی بر توزیع فضایی مخروط بدون ریشه تاثیر می‌گذارد. لایه‌های شربت ضخیم‌تر رقابت بیشتری را در بین مجراها نشان دادند، مجراهای شکست خورده را افزایش دادند که با مشاهدات روی مریخ مطابقت داشت. در سیاره سرخ گدازه‌های ضخیم‌تر با مخروط‌های بدون ریشه کمتر مرتبط هستند. بالعکس در محیط‌هایی با مجراهای فراوان که نشان‌دهنده بسیاری از مخروط‌های بدون ریشه است، انفجارها به دلیل دسترسی محدود به آب کاهش می‌یابد که منجر به ایجاد سازه‌های مخروطی کوچک‌تر می‌شود. این با مشاهدات روی مریخ مطابقت دارد که نشان می‌دهد مناطقی با گدازه‌های نازک فاقد ساختارهای مخروطی بدون ریشه هستند.

علاوه بر این، ساختارهای ناموفق نشان می‌دهد که رقابت مجرا به طور جهانی بر تشکیل مخروط بدون ریشه تاثیر می‌گذارد. این آزمایش‌ها و مشاهدات زمین‌شناسی نشان می‌دهند که ادغام و جداسازی مجرای ناشی از ضخامت گدازه عوامل کلیدی در تعیین توزیع فضایی و اندازه مخروط‌های بدون ریشه هستند.

این یافته‌ها به درک عمیق‌تر شکل‌گیری مخروط بدون ریشه در زمین و پیشرفت دانش در مورد ساختارهای زمینی مشابه در سیارات دیگر، به ویژه در مریخ کمک می‌کند.