|
Как текла вода на ледяном Марсе
|
|
|
|
На холодном древнем Марсе текли реки, а озеро размером со Средиземное море вздувалось под защитой толстых ледяных покровов, согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Geophysical Research: Planets. В статье, подготовленной научным сотрудником Института планетологии Питером Бюлером, описывается, как 3,6 миллиарда лет назад углекислый газ вымерз из атмосферы Марса и осел поверх слоя водяного льда на полюсах, изолируя тепло, исходящее из недр Марса, и увеличивая давление на лед. Это привело к тому, что примерно половина всех запасов воды на Марсе растаяла и потекла по его поверхности без необходимости в потеплении климата.
|
|
|
|
Прошлые работы Бюлера были сосредоточены на моделировании современного круговорота углекислого газа на Марсе. Недавно он расширил свою модель, чтобы исследовать обмен углекислого газа с марсианским реголитом, или песком и камнями. Таким образом, его модель отражает полный цикл образования углекислого газа - от реголита до атмосферы и замерзших полярных шапок.
|
|
|
|
Для этого исследования он применил модель к ключевой эпохе в истории Марса.
|
|
|
|
|
|
|
"Эта модель описывает происхождение основных ландшафтных особенностей Марса — таких, как самое большое озеро, самые большие долины и самая большая система эскеров (остатки рек, которые когда—то протекали под ледяным покровом) - самосогласованным образом", - сказал Бюлер. "И это зависит только от процесса, который мы наблюдаем уже сегодня, а именно от выброса углекислого газа из атмосферы".
|
|
|
|
Марс в движении
|
|
|
|
С 1970-х годов ученым было известно, что большая часть углекислого газа Марса в настоящее время связана в реголите слоями толщиной в одну молекулу вокруг каждого зерна.
|
|
|
|
Поэтому, когда Бюлер включил реголит в свою модель, он обнаружил, что "атмосфера в основном благоприятствует движению", - сказал он. "Он действует как канал для реального взаимодействия, которым является обмен между реголитом и ледяной шапкой южного полюса, даже сегодня".
|
|
|
|
Этот цикл определяется степенью наклона вращения Марса, который медленно меняется взад и вперед каждые 100 000 марсианских лет.
|
|
|
|
Когда Марс вращается почти вертикально вверх и вниз, на полюса попадает мало прямых солнечных лучей, в то время как солнце припекает экватор. В таких условиях углекислый газ выходит из реголита в атмосферу. Когда он достигает холодных полюсов, он откладывается на поверхности водяного льда.
|
|
|
|
И наоборот, когда Марс сильно наклонен, солнце легко нагревает полюса. В результате лед из углекислого газа сублимируется — или непосредственно превращается из твердого льда в газ — в атмосферу, где более холодный реголит может затем "впитывать его обратно, как губка", - сказал Бюлер.
|
|
|
|
Эта модель хорошо работает для современного Марса, поэтому Бюлер хотел проверить, как она будет работать в то время, когда на планете была гораздо более плотная атмосфера из углекислого газа - около 3,6 миллиарда лет назад. Именно тогда, по мнению ученых, атмосфера Марса впервые начала разрушаться, и начал функционировать современный цикл образования углекислого газа, описанный Бюлером.
|
|
|
|
Есть также свидетельства того, что эта эпоха также совпадает с зарождением многих сетей речных долин, но ученые до сих пор не пришли к единому мнению относительно климатических условий, которые могли бы объяснить их формирование.
|
|
|
|
Согласно модели Бюлера, слой углекислого газа толщиной 0,4 мили покрывает слой водяного льда толщиной 2,5 мили, примерно такой же толщины, как тот, который существует сегодня на южном полюсе. Лед из углекислого газа действует как мощный изолятор, задерживая тепло, исходящее из горячих недр планеты. Он также увеличивает вес и давление на верхнюю часть ледяной шапки.
|
|
|
|
В совокупности эти условия приводят к таянию огромного количества воды у основания ледяной шапки, обнаружил он.
|
|
|
|
Затем талая вода насыщает марсианскую кору по краям ледяного покрова. Там подземные воды пытаются вырваться наружу, но вместо этого замерзают в виде вечной мерзлоты.
|
|
|
|
"Теперь у вас есть верхушка, насыщенный грунтовый слой под ней и вечная мерзлота по бокам", - сказал Бюлер. "Единственный оставшийся путь для воды - это граница раздела между ледяным покровом и породой под ним. Вот почему на Земле вы видите, как реки выходят из-под ледников, вместо того чтобы просто уходить в землю".
|
|
|
|
Эта талая вода образует реки у основания ледникового покрова. Эти подледниковые реки оставляют после себя длинные галечные гряды, называемые эскерами. Ученые наблюдали множество эскеров вблизи южного полюса, размеры которых соответствуют размерам подледниковых рек, предсказанных моделью Бюлера.
|
|
|
|
"Эскеры свидетельствуют о том, что в какой-то момент на Марсе происходило подледниковое таяние, и это большая загадка", - сказал Бюлер. "Люди пытались обнаружить процессы, которые могли бы привести к этому, но ничего не получалось.
|
|
|
|
"На данный момент лучшая гипотеза заключается в том, что произошло какое-то неопределенное глобальное потепление, но меня это не удовлетворяет, потому что мы не знаем, что могло вызвать это потепление. Эта модель объясняет проблемы, не прибегая к климатическому потеплению".
|
|
|
|
Как только подледниковые реки достигают края ледяного покрова, они сталкиваются с холодной атмосферой и первоначально образуют сочащиеся потоки, похожие на медленно движущуюся лаву, покрытую ледяной коркой. В конце концов, эти покрытые коркой льда лужи наполняются достаточным количеством воды, чтобы превратиться в настоящие реки, покрытые льдом.
|
|
|
|
Бюлер предсказывает, что толщина льда, покрывающего реки, должна достигать десятков-сотен футов, а глубина реки - нескольких футов, и вода будет течь со скоростью несколько футов в секунду, а талой воды будет достаточно, чтобы достичь длины в тысячи миль.
|
|
|
|
Есть несколько длинных извилистых долин, ведущих вниз по склону из южного полярного региона, богатого эскером, в бассейн Аргира, которые ранее были идентифицированы как древние речные русла, что согласуется с предсказанием его модели.
|
|
|
|
По словам Бюлера, покрытая льдом вода затем заполняет бассейн Аргира, который по объему примерно равен Средиземному морю, в течение десятков тысяч лет, прежде чем выйти из берегов и опустеть почти на 5000 миль в северных равнинах. Этот процесс, вероятно, происходил несколько раз, с интервалом в миллионы лет, в течение эпохи в сто миллионов лет.
|
|
|
|
"Это первая модель, которая производит достаточно воды, чтобы перекрыть Аргир, что согласуется с геологическими наблюдениями десятилетней давности", - сказал Бюлер.
|
|
|
|
"Также вероятно, что талая вода, попав вниз по течению, сублимировалась обратно в атмосферу, прежде чем вернуться к южной полярной шапке, поддерживая гидрологический цикл от полюса до экватора, который, возможно, сыграл важную роль в загадочном импульсе гидрологической активности на поздней стадии Марса. Более того, для объяснения этого не требуется поздняя стадия потепления".
|
|
|
|
Далее Бюлер планирует будущие испытания своей модели. Если результаты подтвердятся, они кардинально изменят наше понимание древнего водного цикла Марса, сказал он.
|
|
|
|
Источник
|
