Вода на крижаному Марсі могла текти через колапс вуглекислого газу

Згідно з новим дослідженням, на холодному стародавньому Марсі під захистом товстої криги текли річки й набиралося озеро розміром із Середземне море.

Про це розповідається в пресрелізі Інституту планетарних наук (PSI), передають OstanniPodii.com.

Дослідження, очолюване науковим співробітником PSI Пітером Бюлером, було опубліковано в "Journal of Geophysical Research: Planets". В статті описується, як 3,6 мільярда років тому вуглекислий газ вимерз з атмосфери Марса та відклався на поверхні водяного льодового покриву на полюсах, ізолюючи тепло, що виходило з надр планети, збільшуючи тиск на лід. Це призвело до того, що приблизно половина загального запасу води на Марсі розтанула й розтеклася по його поверхні без необхідності кліматичного потепління.

Попередня робота Бюлера була зосереджена на моделюванні сучасного колообігу вуглекислого газу на Марсі. Нещодавно він розширив свою модель, щоб дослідити обмін вуглекислого газу з марсіанським реголітом -- піском і гірськими породами. Таким чином, його модель охоплює повний колообіг вуглекислого газу від реголіту до атмосфери та замерзлих полярних шапок.

Для цього дослідження він застосував модель до ключової епохи в історії Марса.

"Ця модель описує походження основних ландшафтних особливостей Марса -- таких як найбільше озеро, найбільші долини та найбільша система ескерів (залишки річок, які колись протікали під крижаним покривом) -- у самоузгоджений спосіб", - пояснює Бюлер. "І все це спирається лише на процес, який ми спостерігаємо вже сьогодні, а саме на вуглекислий газ, що випадає з атмосфери".

Вчені знали ще з 1970-х років, що більша частина вуглекислого газу Марса наразі зв′язана в реголіті шарами товщиною в одну молекулу навколо кожної крупинки.

Тому, коли Бюлер включив реголіт у свою модель, він виявив, що "атмосфера здебільшого є лише допоміжним елементом", - сказав він. "Вона діє як канал для реальної дії, якою є обмін між реголітом і південною полярною крижаною шапкою, навіть сьогодні".

Цикл контролюється ступенем нахилу обертання Марса, який повільно зміщується вперед і назад кожні 100 000 марсіанських років.

Коли Марс обертається майже прямолінійно вгору-вниз, полюси не отримують багато прямого сонячного світла, в той час, як сонце обпікає екватор. За цих умов вуглекислий газ виходить з реголіту в атмосферу. Коли він досягає холодних полюсів, він осідає на вершині водяної крижаної шапки.

І навпаки, коли Марс сильно нахилений, сонце легко нагріває полюси. В результаті вуглекислий лід сублімується -- або безпосередньо перетворюється з твердого льоду на газ -- в атмосферу, де прохолодніший реголіт може "ввібрати його назад, як губка", - каже Бюлер.

Ця модель добре працює для сучасного Марса, тому Бюлер хотів перевірити, як би вона працювала в часи, коли планета мала набагато густішу атмосферу з вуглекислого газу -- близько 3,6 мільярда років тому. Саме тоді, на думку вчених, атмосфера Марса вперше почала руйнуватися та почав функціонувати сучасний колообіг вуглекислого газу, описаний Бюлером. Існують також докази того, що ця епоха збігається з виникненням багатьох мереж річкових долин, але вчені досі не дійшли згоди щодо кліматичних умов, які б пояснювали їхнє формування.

У моделі Бюлера шар вуглекислого газу завтовшки 0,65 кілометра відкладається поверх шару водяного льоду завтовшки 4 кілометри, приблизно такої ж товщини, як той, що існує сьогодні на Південному полюсі. Вуглекислий газ діє як потужний ізолятор, затримуючи тепло, що випромінюється з гарячих надр планети внизу. Він також додає ваги й тиску на верхню частину водяної крижаної шапки.

Бюлер виявив: разом ці умови розтоплюють величезну кількість води з основи крижаної шапки.

Потім тала вода просочує марсіанську кору до країв крижаного покриву. Там підземні води намагаються вирватися назовні, але натомість замерзають у вигляді багаторічної мерзлоти.

"Тепер у вас є шапка зверху, насичений рівень ґрунтових вод знизу та багаторічна мерзлота по краях", - каже Бюлер. "Єдиний шлях, який залишився для води -- через межу між крижаним покривом і гірською породою, що лежить під ним. Ось чому на Землі ви бачите, як річки витікають з-під льодовиків, а не просто стікають у землю".

Ця тала вода формує річки біля основи крижаного покриву. Ці підлідні річки залишають після себе довгі гравійні гряди, які називаються ескерами. Вчені спостерігали багато ескерів поблизу Південного полюса, розміри яких відповідають підлідним річкам, передбаченим моделлю Бюлера.

"Ескери свідчать про те, що в якийсь момент на Марсі існувало підлідне танення, і це велика загадка", - каже Бюлер. "Люди намагалися виявити процеси, які могли б це зробити, але нічого не вийшло. Наразі найкраща гіпотеза полягає в тому, що відбулося якесь невизначене глобальне потепління, але ця відповідь мене не задовольняє, тому що ми не знаємо, що могло спричинити це потепління. Ця модель пояснює ескери, не посилаючись на кліматичне потепління".

Коли підлідні річки досягають краю крижаного покриву, вони стикаються з холодною атмосферою та спочатку утворюють потоки, що сочаться, схожі на повільну лаву, вкриту застиглою кіркою. Зрештою, ці вкриті льодом витоки наповнюються достатньою кількістю води, щоб перетворитися на справжні льодовикові річки. Бюлер прогнозує, що товщина льоду, який покриває річки, має сягати від десятків до сотень метрів, і вкриває річку глибиною в кілька метрів, по якій тече вода зі швидкістю кілька метрів на секунду, а талої води вистачає для того, щоб досягти довжини до тисяч кілометрів. Є кілька довгих звивистих долин, що ведуть з південного полярного регіону, багатого на ескери, до басейну Арґіра, які раніше були визначені як давні річкові русла, що узгоджується з прогнозом його моделі.

За словами Бюлера, покрита льодом вода заповнює басейн Арґір, який за об′ємом дорівнює Середземному морю, упродовж десятків тисяч років, перш ніж він розливається й витікає майже за 8 000 кілометрів на північних рівнинах. Цей процес, ймовірно, відбувався кілька разів з інтервалом у мільйони років протягом стомільйонної ери.

"Це перша модель, в якій виробляється достатня кількість води, щоб покрити Арґір, що узгоджується з багаторічними геологічними спостереженнями", - каже Бюлер. "Також ймовірно, що тала вода, потрапивши вниз за течією, сублімувалася назад в атмосферу, перш ніж повернутися на південну полярну шапку, увічнюючи гідрологічний цикл від полюса до екватора, який, можливо, відіграв важливу роль у загадковому імпульсі гідрологічної активності на Марсі на пізній стадії. Щобільше, для його пояснення не потрібне потепління на пізній стадії".

Далі Бюлер планує майбутні випробування своєї моделі. За його словами, якщо результати підтвердяться, вони кардинально змінять наше розуміння давнього водного циклу Марса.