За последние пятьдесят лет орбитальные аппараты, посадочные модули и марсоходы однозначно установили: несмотря на многочисленные следы присутствия большого количества воды на поверхности Красной планеты, включая речные русла, жидкой воды там сейчас нет. Оставался открытым вопрос, каким был ранний Марс, где могла существовать жидкая вода, и что изменилось с тех пор.
Как углекислый газ создал реки на Марсе
В новейшем исследовании, опубликованном в журнале Journal of Geophysical Research: Planets, учёные из Института планетарных наук представили интригующее объяснение присутствия воды на поверхности Марса около 3,6 миллиарда лет назад.
Примечательно, что это объяснение не связано с каким-либо потеплением климата (которое было бы трудно обосновать) для объяснения процессов формирования речных русел и даже водоёмов, сопоставимых по размерам со Средиземным морем.
В своей работе исследователи проанализировали цикл перемещения углекислого газа на Марсе между реголитом, покрывающим планету, атмосферой, и полярной шапкой на южном полюсе. Реголит играет ключевую роль, поскольку давно известно, что большая часть углекислого газа на Марсе фактически находится на поверхности частиц реголита, образуя чрезвычайно тонкий монослой.
Транспортировка CO2 из реголита к полюсам через атмосферу планеты характеризуется различной эффективностью в зависимости от наклона оси вращения Марса к эклиптике, который меняется в цикле продолжительностью около 100 000 лет.
При нулевом наклоне экваториальные регионы получают максимум излучения, а полюса становятся настоящими холодовыми ловушками. В этих условиях углекислый газ быстро покидает реголит и ресублимируется на полюсах, образуя толстый слой замёрзшего CO2, поверх существующего водяного льда.
Ситуация кардинально меняется при увеличении наклона: полюса получают больше солнечного тепла, что приводит к сублимации углекислого газа. Высвободившийся газ переносится в другие области планеты, где постепенно оседает на частицах реголита.
Авторы нового исследования применили эту модель к марсианской атмосфере 3,6 миллиарда лет назад, когда она была значительно плотнее. Именно тогда на поверхности Красной планеты образовались многочисленные речные русла, видимые и сегодня.
Результаты оказались поразительными. Выяснилось, что мигрирующий к полюсам углекислый газ мог создать 600–700-метровый слой замёрзшего CO2 поверх 4-километрового слоя водяного льда на южном полюсе.
Такая оболочка из сухого льда могла действовать как изолятор, защищающий водяной лёд от холодной атмосферы и удерживающий тепло, поступающее к основанию водяного льда из недр планеты.
Масса слоя сухого льда создавала дополнительное давление на водяной лёд. И результат мог быть только один: водяной лёд под слоем замёрзшего углекислого газа таял. Образовавшаяся жидкая вода проникала в грунт и растекалась в стороны. У внешних краёв полярной шапки вода, пытаясь выйти на поверхность планеты, замерзала, образуя своеобразную вечную мерзлоту.
В таких условиях жидкая вода стремилась выйти на поверхность, на границе вечной мерзлоты и полярной шапки, подобно потокам воды, вытекающим из-под ледников. Встречаясь с морозной атмосферой, вода текла подобно лаве, покрытой ледяной коркой. Можно сказать, что на этом этапе формировались реки, покрытые слоем льда.
Именно такие реки могли достигать расстояний в тысячи километров от границы полярной шапки, формируя видимые сегодня на поверхности Марса речные русла. Модель также подтверждает, что подобные реки могли заполнять бассейн палеоозера Аргир на протяжении тысячелетий, создавая своего рода водоём.
Важно отметить, что это только начало исследований, но уже сейчас это первая модель, объясняющая образование рек, озёр и морей на Марсе, в условиях, не требующих значительного и трудно объяснимого потепления климата, более 3 миллиардов лет назад.
