Древний климат Марса — одна из самых загадочных загадок нашей Солнечной системы. Планета когда-то была влажной и теплой; сейчас сухо и холодно. Что бы ни случилось с планетой, это произошло не сразу.
Новое исследование показывает, что на древнем холодном Марсе слои замороженного углекислого газа позволяли течь рекам и существовать морю размером со Средиземное.
Изменение климата Марса с теплого и влажного на холодное и сухое не было резким. Никакого катастрофического воздействия или другого провоцирующего события не произошло. На протяжении его постепенного перемещения случались разные климатические эпизоды.
Поверхность планеты характеризуется особенностями, указывающими на наличие воды. Речные каналы, ударные кратеры и бассейны, которые когда-то были палеоозёрами, иллюстрируют сложную климатическую историю Марса. Марс сильно отличается от Земли, но они оба следуют одному и тому же набору естественных правил.
В холодном климате Земли реки могут течь под толстыми защитными ледниковыми покровами. Новое исследование показывает, что нечто подобное произошло и на Марсе. Исследование опубликовано в журнале JGR Planets и озаглавлено «Массивное таяние ледникового покрова, вызванное атмосферным коллапсом на Марсе, что приводит к образованию покрытого льдом палеоозера бассейна Аргир, питаемого реками длиной 1000 км». Ведущий автор — Питер Бюлер, научный сотрудник Института планетарных наук.
Исследование изучает период около 3,6 миллиардов лет назад, когда Марс, вероятно, переходил от Ноахийского периода к Гесперианскому периоду. Согласно исследованию, в то время большая часть поверхностной воды была заморожена в большие ледяные щиты в южном регионе Марса. CO планеты2 Атмосфера подвергалась периодическим коллапсам и сублимировалась из атмосферы. Эти обрушения образовали слой CO.2 Толщина 650 метров (0,4 мили) создала массивную ледяную шапку над Южным полюсом. Он изолировал слой замерзшей воды толщиной 2,5 мили (4 км), составлявший ледяные щиты.
Бюлер смоделировал, как CO2 Кепка действовала как тепловое одеяло и показала, что она выпустила огромное количество талой воды из замерзшего полюса. Эта вода текла по рекам, при этом верхние слои замерзали и изолировали жидкую воду внизу.
«Теперь у вас есть крышка сверху, уровень насыщенных грунтовых вод внизу и вечная мерзлота по бокам», — сказал Бюлер. «Единственный путь, по которому вода может пройти, — это через границу между ледяным покровом и скалой под ним. Вот почему на Земле вы видите, как реки выходят из-под ледников, а не просто впадают в землю».
Согласно работе Бюлера, высвободилось достаточно воды, чтобы заполнить бассейн Аргира.
Бассейн Аргир — один из крупнейших ударных бассейнов на планете, его диаметр составляет около 1800 км (1100 миль). Этот массивный ударный бассейн был образован миллиарды лет назад в результате столкновения с Марсом кометы или астероида. Он опускается примерно на 5,2 км (3,2 мили) ниже окружающих равнин, что делает его вторым по глубине бассейном на Марсе. Ученые давно считали, что когда-то в этом бассейне было столько же воды, сколько и в Средиземном море, и работа Бюлера показывает, как он мог наполниться.
«Эскерс является свидетельством того, что в какой-то момент на Марсе произошло таяние подледников, и это большая загадка», — сказал Бюлер. Эскеры — это длинные слоистые гряды песка и гравия, отложенные потоками талой воды, протекающими под ледниками. Они распространены на Земле, где когда-то поверхность покрывали ледники. Эскеры Марса поддерживают идею, что то же самое произошло и на этой планете.
Подледниковые реки текли подо льдом, где они были изолированы от холода. Когда они вышли из ледника, они бы сочились до тех пор, пока не образовалась достаточно толстая ледяная шапка, чтобы изолировать их. Бюлер говорит, что лед рос бы до тех пор, пока не достиг бы толщины сотен метров, а вода, текущая под ледяными шапками, была бы глубиной в несколько футов. Вода проложила бы речные русла длиной в тысячи миль, и есть несколько таких, которые идут от полярной шапки до бассейна Аргир.
«Люди пытались обнаружить процессы, которые могли бы это осуществить, но ничего не получалось», — сказал Бюлер. «Лучшая на данный момент гипотеза состоит в том, что произошло какое-то неустановленное событие глобального потепления, но это меня не удовлетворило, потому что мы не знаем, что могло вызвать это потепление. Эта модель объясняет эскеры, не ссылаясь на потепление климата».
Бассейн Аргир массивен и объемен, и предложенные объяснения того, как он был наполнен водой, остались без ответа. Оно имеет примерно такой же объем, как и Средиземное море. Модель Бюлера показывает, что для заполнения бассейна потребовалось около десяти тысяч лет, а после того, как он наполнился, вода вытекла на равнины на расстоянии около 8000 км (5000 миль).
Этот процесс происходил неоднократно в течение ста миллионов лет, причем каждое событие происходило с интервалом в миллионы лет.
«Это первая модель, которая производит достаточно воды, чтобы превысить Аргир, что соответствует многолетним геологическим наблюдениям», — сказал Бюлер. «Также вероятно, что талая вода, оказавшись ниже по течению, сублимировалась обратно в атмосферу, прежде чем вернуться в южную полярную шапку, увековечивая гидрологический цикл от полюса до экватора, который, возможно, сыграл важную роль в загадочном пульсе Марса на поздней стадии. гидрологическая активность. Более того, для объяснения этого не требуется потепление на поздней стадии».
Работа Бюлера подтверждается другими исследованиями. «Предыдущая литература подтверждает наличие ~0,6 бар (атмосферного) CO.2 инвентарь, используемый в модели, вблизи границы Ноаха и Геспера», — пишет он в своем исследовании. История атмосферного давления Марса подтверждается космохимией, минералогией, изотопными соотношениями атмосферы и метеоритного газа, геоморфологией и экстраполяциями современных атмосферных выбросов.
«Таким образом, есть убедительные доказательства того, что на Марсе был достаточно большой мобильный CO.2 резервуар, чтобы запустить сценарий таяния, вызванный атмосферным коллапсом, описанный в этой рукописи, причем коллапс происходит во время, соизмеримое с формированием Сети Долин во время интенсивного, поздненоахского/раннегесперианского завершающего импульса интенсивной речной активности Марса», — пишет Бюлер.
Этот период истории Марса выделяется как отдельная фаза геологической активности, тогда как в более ранний Нойский период изменения были более постепенными. В позднем Ноахе/раннем Геспере наблюдалось интенсивное формирование сети долин. Многие из этих долин глубоко врезаны в ландшафт, часто прорывая древние геологические структуры. Это говорит о том, что поток воды был мощным и эрозионным. Эта речная деятельность также создала большие отложения отложений, подобные тем, которые марсоход НАСА «Настойчивость» исследует в кратере Джезеро.
Исследование Бюлера частично основано на современных наблюдениях за содержанием CO в атмосфере Марса.2 и его циклы. Большая часть его на самом деле заморожена и связана с реголитом. Наклон вращения Марса меняется на протяжении 100 000 лет. Когда оно приближается к прямой линии вверх и вниз, Солнце достигает экватора, а CO2 выбрасывается из реголита в атмосферу. В конце концов он достигает полюсов, где замерзает в шапках.
Когда Марс наклонен, полюса нагреваются, и CO2 сублимируется и снова выбрасывается в атмосферу. В конце концов он достигает уже более холодного реголита, который поглощает его. «Атмосфера в основном располагает к поездке», — сказал Бюлер. «Он действует как канал для реальных действий, то есть обмена между реголитом и южной полярной ледяной шапкой, даже сегодня».
Бюлер все еще работает над своей моделью и намерен продолжить ее более тщательное тестирование. Если он успешно выдержит дополнительные испытания, наше понимание Марса сделает большой шаг вперед.
