火星の地質学的歴史

火星の地質学的歴史とは、地質学的な視点から見た火星の過去、すなわち惑星が誕生したおよそ45億年前から現在に至るまでの時間的な流れを指します。地球の地質学と同様に、火星の地質学者たちはその表面に見られる岩石や地形、地層などを手がかりに、火星史をいくつかの時代に区分して研究を進めています。

主な年代区分の方法としては、天体衝突によってできたクレーターの密集度に基づくものが広く用いられます。古い時代ほど多くのクレーターが存在するという原則を利用しています。また、地層の重なり具合（層序）や、岩石に含まれる鉱物の種類に基づいた区分も重要です。これらの区分は、最新の探査データや研究成果によって随時見直され、より詳細な年代モデルが構築されています。

主要な時代区分（クレーター密度に基づく）

クレーター密度に基づいた火星の主要な地質年代は、以下の四つに分けられます。

1. 先ノアキス代（Pre-Noachian）: 惑星形成期から始まり、約41億年前に終わる初期の時代です。火星が原始惑星から現在の姿へと進化していく過程が含まれます。巨大な天体衝突が多く発生し、イシディス盆地やアルギュレ平原のような大規模な衝突地形が形成されました。この時代の地質記録の多くは後の時代の活動によって失われていますが、初期の火星が大量の水を保持していた可能性や、約45億年前から一時的に強い地磁気が存在した痕跡が見つかっています。

2. ノアキス代（Noachian）: 約41億年前から37億年前まで続いた時代です。火星の表面に残る最も古い地形の多くがこの時代に形成されました。無数の衝突クレーターに覆われているのが特徴です。この時代には、液体の水が豊富に存在し、気候は現在よりもはるかに温暖で湿潤だったと考えられています。広範囲に湖や川が存在し、北半球の低地には広大な海があった可能性も指摘されています。活発な火山活動も起こり、特にタルシス台地はこの時代に大きく成長しました。水による侵食作用も強く働き、粘土鉱物などの水と岩石の反応によってできる鉱物が生成されました。

3. ヘスペリア代（Hesperian）: 約37億年前から30億年前までの移行期です。ノアキス代のような水の大量存在を示す痕跡は減少し、火星はより乾燥した、そしてより寒冷な環境へと移行し始めました。しかし、一時的な大量の水の流出を示す地形も残されています。火山活動は依然として活発でしたが、その性質はノアキス代とは異なり、より広範囲に溶岩流が広がったと考えられています。巨大なオリンポス山はこの時代に形成が始まりました。タルシス台地の成長に伴う地殻への応力によって、マリネリス峡谷などの大規模な構造地形が形成されたのもこの時代です。ヘスペリア代後期には大気が薄くなり、地表の水は凍結して地下に氷の層（雪氷圏）を形成したと推測されています。

4. アマゾニア代（Amazonian）: 約30億年前から現在まで続く最新の時代です。この時代は、現在見られる寒冷で乾燥した火星の環境が確立されました。大規模な火山活動や洪水は稀になり、地質変化は主に風や氷河、そして散発的な水の流出によって引き起こされます。クレーターの密度は前の時代に比べて著しく低く、比較的新しい地形がよく保存されています。大気は非常に薄く、かつて存在した水の大部分は宇宙空間に失われ、残りは地下の氷として存在しています。火星表面を特徴づける赤い色は、この時代に鉄を含む岩石が大気中の酸化物質によってゆっくりと酸化された結果です。

鉱物変質による時代区分

岩石中の鉱物の種類によっても火星史は区分されます。

フィロシアン代: 約45億年前〜40億年前。水の存在下で形成される粘土鉱物（フィロケイ酸塩）が特徴。
テイキアン代: 約40億年前〜35億年前。大規模火山活動による二酸化硫黄が大気中で水と反応してできた硫酸塩鉱物が特徴。
* シデリキアン代: 約35億年前〜現在。火山活動や水が減少し、鉄を含む岩石が大気中の酸化物質によって酸化され、酸化鉄が広く分布した時代。

過去の氷河期と現在の火星

火星には、地球のような大きな衛星がないため自転軸の傾きが周期的に大きく変動します。この軸傾斜の変化は気候に影響を与え、過去数百万年の間に何度か氷河期があったと考えられています。この時期には、極域を中心に水の氷が広がり、その痕跡が現在も地形に残されています。

現在の火星は、過去の温暖湿潤な環境から大きく変化し、平均気温が低く乾燥した世界です。かつて存在した大量の水は、主に大気圏上層部での紫外線分解と宇宙空間への散逸によって失われました。火星の重力が地球の約4割しかないことも、大気や水の保持に不利に働きました。現在、火星表面に見られる赤い色は、鉄の酸化物によるものです。主要な火山活動は終息したと考えられていますが、地質学的には比較的最近の溶岩流の痕跡も見られます。火星の地質史の研究は、惑星の進化や生命存在の可能性を探る上で極めて重要です。

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