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Marsquake locations and 1-D seismic models for Mars from InSight data
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  • Mélanie Drilleau,
  • Henri Samuel,
  • Raphaël F. Garcia,
  • Attilio Rivoldini,
  • Clément Perrin,
  • Chloé Michaut,
  • Mark Wieczorek,
  • Benoît Tauzin,
  • James A. D. Connolly,
  • Pauline Meyer,
  • Philippe Lognonné,
  • William B. Banerdt
Mélanie Drilleau
Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace ISAE-SUPAERO, Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace ISAE-SUPAERO

Corresponding Author:[email protected]

Author Profile
Henri Samuel
Institut de Physique du Globe de Paris, CNRS, Université de Paris, 1 rue Jussieu, 75005 Paris - France, Institut de Physique du Globe de Paris, CNRS, Université de Paris, 1 rue Jussieu, 75005 Paris - France
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Raphaël F. Garcia
Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace ISAE-SUPAERO, 10 Avenue Edouard Belin, 31400 Toulouse, France, Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace ISAE-SUPAERO, 10 Avenue Edouard Belin, 31400 Toulouse, France
Author Profile
Attilio Rivoldini
Royal Observatory of Belgium, Brussels, Belgium, Royal Observatory of Belgium, Brussels, Belgium
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Clément Perrin
Nantes Université, Université d’Angers, Le Mans Université, CNRS UMR 6112, Laboratoire de Planétologie et Géosciences, UAR 3281, Observatoire des Sciences de l’Univers de Nantes Atlantique, F-44000 Nantes, France, Nantes Université, Université d’Angers, Le Mans Université, CNRS UMR 6112, Laboratoire de Planétologie et Géosciences, UAR 3281, Observatoire des Sciences de l’Univers de Nantes Atlantique, F-44000 Nantes, France
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Chloé Michaut
Université de Lyon, Ecole Normale Supérieure de Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Laboratoire de Géologie de Lyon : Terre, Planètes, Environnement, 69622 Villeurbanne, France, Université de Lyon, Ecole Normale Supérieure de Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Laboratoire de Géologie de Lyon : Terre, Planètes, Environnement, 69622 Villeurbanne, France
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Mark Wieczorek
Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange, France., Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange, France.
Author Profile
Benoît Tauzin
Université de Lyon, Ecole Normale Supérieure de Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Laboratoire de Géologie de Lyon : Terre, Planètes, Environnement, 69622 Villeurbanne, France, Université de Lyon, Ecole Normale Supérieure de Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Laboratoire de Géologie de Lyon : Terre, Planètes, Environnement, 69622 Villeurbanne, France
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James A. D. Connolly
Institute of Geophysics, ETH Zurich, Sonneggstrasse 5, Zurich, Switzerland, Institute of Geophysics, ETH Zurich, Sonneggstrasse 5, Zurich, Switzerland
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Pauline Meyer
Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre, Université de Strasbourg, 5 rue René Descartes, 67084 Strasbourg, France, Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre, Université de Strasbourg, 5 rue René Descartes, 67084 Strasbourg, France
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Philippe Lognonné
Institut de Physique du Globe de Paris, CNRS, Université de Paris, 1 rue Jussieu, 75005 Paris - France, Institut de Physique du Globe de Paris, CNRS, Université de Paris, 1 rue Jussieu, 75005 Paris - France
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William B. Banerdt
Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 4800 Oak Grove Drive, Pasadena, CA 91109, USA, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 4800 Oak Grove Drive, Pasadena, CA 91109, USA
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Abstract

We present inversions for the structure of Mars using the first Martian seismic record collected by the InSight lander. We identified and used arrival times of direct, multiples, and depth phases of body waves, for seventeen marsquakes to constrain the quake locations and the one-dimensional average interior structure of Mars. We found the marsquake hypocenters to be shallower than 40 km depth, most of them being located in the Cerberus Fossae graben system, which could be a source of marsquakes. Our results show a significant velocity jump between the upper and the lower part of the crust, interpreted as the transition between intrusive and extrusive rocks. The lower crust makes up a significant fraction of the crust, with seismic velocities compatible with those of mafic to ultramafic rocks. Additional constraints on the crustal thickness from previous seismic analyses, combined with modeling relying on gravity and topography measurements, yield constraints on the present-day thermochemical state of Mars and on its long-term history. Our most constrained inversion results indicate a present-day surface heat flux of 22±1 mW/m2, a relatively hot mantle (potential temperature: 1740±90 K) and a thick lithosphere (540±120 km), associated with a lithospheric thermal gradient of 1.9±0.3 K/km. These results are compatible with recent seismic studies using a reduced data set and different inversions approaches, confirming that Mars’ mantle was initially relatively cold (1780±50 K) compared to its present-day state, and that its crust contains 10-12 times more heat-producing elements than the primitive mantle.