Изоляция, обеспечиваемая льдом углекислого газа над марсианскими полярными шапками, может объяснить многие особенности древних рек Красной планеты. Автор: Кори Хейнс | Опубликовано: 8 ноября 2024 г.
Это представление художника показывает жидкий водный океан на Марсе, как планета могла бы выглядеть около 4 миллиардов лет назад.
Марс во многом заманчиво похож на Землю, но особенно в особенностях его поверхности, которые часто напоминают земные пустыни до жути. И Земля, и Марс имеют такие общие черты, как долины; каньоны; веерообразные наносы песка и камня; и длинные извилистые гравийные хребты, называемые озами. Все они образованы текущей водой, отмечающей поверхность на протяжении тысячелетий и сохраняющейся еще долго после того, как вода исчезает.
Загадка Марса не в том, как появились эти особенности — ученые знают, что это была движущаяся вода. Но выяснение того, как и когда Марс мог удерживать такое большое количество жидкой воды, — это вопрос, который ставил их в тупик на протяжении десятилетий.
Питер Бюлер, научный сотрудник Института планетарных наук, смоделировал новое предположение: углекислый газ конденсировался из атмосферы Марса в леднике высотой около 0,4 мили (0,6 км), подавляя еще более крупные ледники из водяного льда на его поверхности и заставляя их таять в реках длиной в тысячи миль. Он опубликовал свое исследование 1 ноября в журнале Journal of Geophysical Research: Planets.
Геологические времена года
Модель Бюлера пытается заполнить пробел в истории Марса: что заставило планету нагреться достаточно, чтобы растопить достаточно воды для образования множества крупных и разнообразных речных образований, которые пересекают ее поверхность по сей день?
«Самая лучшая гипотеза на данный момент заключается в том, что произошло некое неуказанное глобальное потепление», — сказал Бюлер в пресс-релизе, — «но это был неудовлетворительный ответ для меня, потому что мы не знаем, что могло вызвать это потепление».
Вместо потепления климата модель Бюлера опирается на цикл, который, по мнению ученых, все еще происходит на Марсе сегодня, вызванный медленным дрейфом наклона вращения Марса. Как и Земля, Марс наклонен на своей оси. В настоящее время наклон Марса составляет 25°, что похоже на 23° Земли. Но за сотни тысяч или миллионов лет Марс колеблется в гораздо большей степени, чем Земля: некоторые исследования показали, что он может колебаться от вертикального положения (0°) до 80°, при этом его полюса почти направлены на Солнце.
Это колебание запускает цикл углекислого газа, как сезонные изменения, но в геологически длительном масштабе времени. Когда экваториальный реголит нагревается Солнцем, углекислый газ испаряется в атмосферу, где он охлаждается, а затем конденсируется в виде льда около полюсов, поверх шапок из водяного льда.
Когда полюса нагреваются Солнцем более непосредственно, лед углекислого газа там сублимируется обратно в атмосферу. Реголит около экватора затем поглощает углекислый газ обратно до следующего цикла. В настоящее время большая часть углекислого газа Марса хранится в реголите, покрывая каждую крупицу породы слоем толщиной всего в одну молекулу.
Бюлер рассмотрел, как этот цикл мог работать ранее в истории Марса, около 3,6 миллиарда лет назад. В то время у планеты была более плотная атмосфера, содержащая еще больше углекислого газа, и именно тогда, по мнению ученых, появились многие из речных образований Марса.
Ледники тают ледники
Модель показывает, что в этой древней обстановке потепление экваториальных регионов приводит к конденсации углекислого газа в слой толщиной 0,4 мили (0,6 км) на полюсах, поверх ледяной шапки толщиной 2,5 мили (4 км) — примерно такой же, как нынешняя ледяная шапка южного полюса Марса.
Толстый углекислый газ оказывает давление на ледяную шапку, а также изолирует ее, удерживая тепло снизу и заставляя водный лед под ней таять. Как только земля непосредственно под ледяной шапкой пропитается, вода должна будет уйти, и так и происходит — в реках, которые протянулись на тысячи миль, которые заполнили и в конечном итоге вышли из берегов область, называемую бассейном Аргир (примерно размером со Средиземное море), и, наконец, размылись примерно на 5000 миль (8000 км) в сторону.
Бюлер оценивает, что этот процесс повторялся несколько раз в течение примерно 100 миллионов лет, чтобы сформировать разнообразный речной рельеф, который мы видим на поверхности Марса сегодня.
«Это первая модель, которая производит достаточно воды, чтобы перекрыть Аргир, что соответствует многолетним геологическим наблюдениям», — сказал Бюлер, добавив, что она также «демонстрирует, что большие объемы воды могут мобилизоваться в холодном климате, не прибегая к опасной парадигме поздней стадии климатического потепление.”
В то время как только машина времени может точно сказать нам, что стало причиной древних рек Марса, модель Бюлера дает новое объяснение, используя циклы, которые все еще присутствуют на Марсе сегодня, предлагая новый способ размышлений об истории нашего ближайшего соседа, столь похожей и столь отличной от нашей собственной.