Wulkanizm i procesy hydrotermalne w prowincji Tharsis na Marsie odgrywają kluczową rolę w dystrybucji metali w aspekcie ich przyszłego poszukiwania. Tharsis to region wulkaniczny na Marsie, który zajmuje prawie 25% powierzchni planety i mieści gigantyczne wulkany, w tym największy – Olympus Mons. O badaniach wulkanizmu na Czerwonej Planecie i znaczeniu metali krytycznych z mgr. inż. Bartoszem Pieterkiem, laureatem stypendium dla doktorantów Fundacji UAM, rozmawia Jagoda Haloszka.  

Jakie są główne założenia Pana badań i jakie cele przed nimi Pan postawił?

Prowadzone przeze mnie badania dotyczą interdyscyplinarnego tematu naukowego łączącego ze sobą badania nad procesami magmowymi i wulkanicznymi, które mogą kontrolować procesy złożowe w największej prowincji wulkanicznej Tharsis na Marsie. W aspekcie dynamicznie rozwijającej się gałęzi przemysłu jakim jest górnictwo kosmiczne, konieczne jest pełne zaangażowanie geologów w badania planetarne, którzy zbadają procesy odpowiedzialne za mineralizację. Nadrzędnym celem moich badań jest zrozumienie systemów magmowych i stowarzyszonego wulkanizmu, który jak wcześniej uważano, nie jest całkowicie wygasły na Marsie. Zdobyta wiedza może odegrać kluczowe znaczenie w wyznaczaniu najbardziej perspektywicznych miejsc dla przyszłych, bardziej szczegółowych badań nad dystrybucją metali na Marsie. Ze względu na brak instrumentu na orbicie Marsa, który miałby możliwość identyfikacji głównych minerałów będących źródłem metali, obecnie kierujemy się przesłankami geologicznymi, które znamy z warunków ziemskich, aby określić miejsca mineralizacji na powierzchni ‘Czerwonej Planety’. Na podstawie raportu Europejskiej Agencji Kosmicznej, dotyczącego strategii zasobów kosmicznych okazuje się, że oprócz metali ważną rolę będą odgrywać również zasoby energetyczne. Myślę, że jednym z potencjalnych źródeł energii na Marsie mógłby być aktywny wulkanizm.

Dlaczego coraz częściej uwagę przemysłu, inwestorów czy instytucji międzynarodowych przyciągają zasoby na innych planetach?

Mam wrażenie, że człowiek od zawsze interesował się kosmosem, a później jego podbojem. Po okresie kiedy Stany Zjednoczone i Związek Radziecki rywalizowały w ‘wyścigu kosmicznym’, nastąpił przestój w rozwoju programów kosmicznych, które obecnie są intensywnie wznawiane. Energicznie rozwijający się przemysł ma wysokie zapotrzebowanie na metale, których zasoby się na Ziemi się kurczą. Dlatego coraz częściej poszukuje się nowych zasobów w trudnodostępnych i jak dotychczas nie w pełni poznanych miejscach. Wraz z rozwojem przemysłu wysokich technologii oraz prywatnych przedsiębiorstw takich jak SpaceX, które napędzają rozwój i konkurencyjność na rynku, możemy powiedzieć, że jesteśmy u progu zapoczątkowania transportu kosmicznego, który będzie też o wiele tańczy i bardziej dostępny. Należy jednak podkreślić, że sprowadzanie metali na Ziemię jest nieopłacalne finansowo, a potencjalne zasoby rozpatrywane są w aspekcie zagospodarowania ich na miejscu (ang. in-situ resources utilization), chcąc zapewnić samowystarczalność przyszłych baz na innych planetach.

Czy może Pan opowiedzieć o procesach wulkanicznych w prowincji Tharsis?

Na Marsie znajdują się dwie prowincje wulkaniczne Tharsis i Elysium. Obydwie znajdują się blisko granicy dychotomii Marsa, która oddziela północne obszary nizinne od południowych wyżynnych. Obszar prowincji Tharsis zajmuje prawie 25% powierzchni Marsa, a w jej obrębie zlokalizowanych jest 5 gigantycznych wulkanów, w tym największy w Układzie Słonecznym wulkan Olympus Mons, 7 dużych wulkanów oraz ponad 600 rozproszonych stożków wulkanicznych (głównie wulkanów tarczowych), które stanowiły przedmiot moich badań. Ewolucja wulkanizmu na Marsie jest złożona i skomplikowana, ale przyjmuje się, że procesy świadczące o rozpoczęciu aktywności w prowincji Tharsis miały miejsce około 4 mld lat temu. Ze względu na fakt braku tektoniki płyt na Marsie, mamy możliwość obserwować i badać całą historię ewolucji planety. Kluczowym momentem w rozwoju badań marsjańskich było wysłanie w 2006 roku satelity Mars Reconnaissance Orbiter, która dzięki zainstalowanym kamerom nieprzerwanie dostarcza wysokorozdzielcze zdjęcia powierzchni Marsa. Dzięki tym danym możemy prowadzić bardziej szczegółowe badania, na przykład skupiając się na mniejszych formach wulkanicznych, które dają nam wgląd w dotychczas niepoznaną ewolucję planety. Realizując swoje badania, w oparciu o rozproszony wulkanizm przeprowadziłem rekonstrukcję systemu magmowego prowincji Tharsis wykazując prawdopodobny przebieg podpowierzchniowych żył (dajek), które stanowiły kanały przepływu magmy, zasilając aktywność wulkaniczną. W opublikowanym artykule udało mi się również potwierdzić hipotezę, że magmatyzm na Marsie nie jest całkowicie wygasły, a aktywność wulkaniczna mogła trwać jeszcze mniej niż 30 milionów lat temu. Biorąc pod uwagę ostatnie wyniki sejsmometru z łazika InSight, który znajduje się na Marsie, to możemy zauważyć, że procesy wewnątrz planety nie do końca są zatrzymane. To, że dotychczas nie zaobserwowaliśmy żadnej erupcji, niekoniecznie świadczy o tym, że pod powierzchnią Marsa nie zachodzą procesy magmowe.

Czy badania te mają wpływ na przyszłe marsjańskie misje załogowe?

Misje marsjańskie poprzedzające łazik Perseverance potwierdziły występowanie wody w stanie ciekłym w przeszłości na powierzchni Marsa. Na chwilę obecną cele badawcze misji marsjańskich są tak dobrane, żeby znaleźć dowody na istnienie życia oraz dokładniej zbadać klimat, powierzchnię, a także wnętrze planety. Te wszystkie cele badawcze mają za zadanie zweryfikować możliwość odbycia załogowych misji, a później założenia bazy. Myślę, że w perspektywie kilku następnych dekad, kiedy obecne założenia dotyczące baz planetarnych staną się rzeczywistością, moje badania posłużą w lepszym zaplanowaniu następnych etapów ‘podboju’ Marsa. Uważam, że kluczowe elementy, które trzeba będzie zapewnić w przyszłych misjach to dostępność energii i ciepła. Moje badania skupiające się na procesach magmowych, które zachodzą we wnętrzu planety wskazują, że wulkanizm nie jest do końca wygasły i może odgrywać kluczową rolę w transporcie energii (pierwiastki promieniotwórcze, ciepło) i dystrybucji metali na powierzchni Marsa.

Jak magmatyzm na Marsie porównuje się z tym na Ziemi i co może nam to powiedzieć o ewolucji geologicznej obu planet?

Musimy pamiętać, że na chwilę obecną cała nasza wiedza dotycząca Marsa opiera się głównie na interpretacji zdjęć satelitarnych, danych z instrumentów zainstalowanych na łazikach, a także badań meteorytów marsjańskich. Oczywiście prowadząc interpretację procesów wulkanicznych na Marsie staramy się szukać ziemskich analogii, jednak musimy pamiętać o różnicach w panujących tam warunkach, które znacząco wpływają na zachodzące na Marsie procesy. Pomimo tego, analizy porównawcze pomiędzy meteorytami marsjańskimi, a ziemskimi skałami bazaltowymi wskazują na ich istotne podobieństwo. Oczywiście są także istotne różnice, jednak wymagają one dokładniejszego wyjaśnienia. Myślę, że do przełomu w badaniach geologicznych może dojść w momencie sukcesu misji Mars Return, której celem będzie dostarczenie próbek skał marsjańskich na Ziemię. Tutaj warto nadmienić, że pierwszy etap tej skomplikowanej misji został zakończony, ponieważ łazik Perseverance zdeponował na powierzchni Marsa ostatnią próbkę pod koniec stycznia tego roku. Jestem przekonany, że to na nowo określi kierunek planetarnych badań geologicznych.

W jaki sposób spadek dostępności metali krytycznych (ang. critical metals) na Ziemi wpływa na różne gałęzie przemysłu i jakie to ma implikacje dla globalnego wzrostu gospodarczego?

Metale krytyczne jest to stosunkowo nowe pojęcie, które kryje za sobą stosunkowo szeroką listę metali, które już, a w przyszłości coraz bardziej, będą odgrywać kluczową rolę w przemyśle i transformacji energetycznej. Są to wszystkim znane pierwiastki takie jak lit, miedź, cynk, kobalt czy nikiel, metale szlachetne takie jak złoto, srebro, czy platynowce, ale także mniej popularne pierwiastki z grupy ziem rzadkich. Jedną z głównych branż, gdzie są one wykorzystywane jest przemysł elektroniczny. Będą stanowić one niezbędny składnik transformacji energetycznej, aby osiągnąć ambitne cele Europy w zakresie zmiany klimatu i ograniczenia emisji dwutlenku węgla. Niestety, coraz częściej doświadczamy jak ważną rolę odgrywa polityka w aspekcie bezpieczeństwa energetycznego i dostępności metali. Dlatego fakt, że Chiny, które posiadają największe zasoby minerałów ziem rzadkich oraz Rosja, na której Unia Europejska opierała dostawy metali, stwarza problemy dla stabilności przemysłu. Obecnie zauważamy, że polityka może również odgrywać ważną rolę w aspekcie podboju kosmosu, ponieważ państwa oraz przedsiębiorstwa, które jako pierwsze udokumentują i zaczną eksploatować zasoby kosmiczne mogą na nowo ustalić kierunek rozwoju przemysłu wysokich technologii.

Czy znajdziemy jakieś alternatywy do metali krytycznych?

Myślę, że kluczowe jest poszukiwanie nowych zastosowań dla obecnie znanych materiałów, ponieważ nie zwiększymy globalnej ilości zasobów metali. Możemy jedynie ich poszukiwać się w coraz trudniej dostępnych miejscach, na przykład na dnach oceanów lub nawet na asteroidach. Jednak świadomość kurczących się zasobów, skłania przemysł nie tylko do prospekcji, ale także do intensywnego rozwoju sektora recyklingu metali. Obecnie, Unia Europejska podkreśla, że bez bardziej strategicznego podejścia do zarządzania metalami krytycznymi, nie osiągniemy transformacji ekologicznej (Green) i cyfrowej, dlatego rynek recyklingu stale się rozwija.

Czytaj też: Dr Bartosz Czernecki. W pogoni za mrozem