Прорыв в понимании гидрологического цикла Марса: как на холодном Марсе могли течь реки 3,6 миллиарда лет назад

Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Journal of Geophysical Research: Planets, на древнем Марсе, возможно, существовали реки и озеро размером со Средиземное море, несмотря на холодный климат. Исследование, проведённое под руководством Питера Бюлера, исследователя Института планетарных наук, описывает, как 3,6 миллиарда лет назад углекислый газ вымерз из атмосферы Марса и отложился на поверхности водяного льда на полюсах, изолируя тепло, исходящее из недр Марса, и увеличивая давление на лёд. Это привело к тому, что примерно половина общего количества воды на Марсе растаяла и растеклась по его поверхности без необходимости обоснования модели климатического потепления.

Бюлер расширил свою предыдущую модель, чтобы исследовать обмен углекислого газа с марсианским реголитом. «Эта модель описывает происхождение основных ландшафтных особенностей на Марсе — таких как самое большое озеро, самые большие долины и самая большая система эскеров [остатки рек, которые когда-то текли под ледяным щитом] — самосогласованным образом. И она опирается только на процесс, который мы наблюдаем уже сегодня, а именно на простое выпадение углекислого газа из атмосферы», — сказал Бюлер.

Источник: DALL-E

Цикл контролируется углом наклона оси вращения Марса, который медленно смещается вперёд и назад каждые 100 000 марсианских лет. Когда Марс вращается почти прямо вверх и вниз, полюса не получают много прямого солнечного света, в то время как солнце печёт экватор. В этих условиях углекислый газ выходит из реголита в атмосферу и оседает на поверхности шапки из водяного льда. Когда Марс сильно наклонен, Солнце легко нагревает полюса, и лёд из углекислого газа сублимируется в атмосферу, где более холодный реголит может затем «впитать его обратно, как губка».

Бюлер применил модель к поворотному периоду в истории Марса, когда на планете была гораздо более плотная атмосфера из углекислого газа. В модели слой углекислого газа толщиной 0,4 мили откладывается поверх слоя водяного льда толщиной 2,5 мили, слоя водяного льда примерно такой же толщины, как тот, что существует на южном полюсе сегодня. Лёд из углекислого газа действует как мощный изолятор, удерживая тепло, излучаемое из горячих недр планеты внизу. Он также добавляет вес и давление поверх шапки водяного льда, что приводит к таянию огромного количества воды у основания ледяного покрова.

Художественная иллюстрация покрытой льдом реки, берущей начало из талой воды под южной полярной шапкой Марса. Источник: Peter Buhler / PSI 

Талая вода образует реки у основания ледникового щита, оставляя после себя длинные гравийные хребты, называемые озами. «Эскеры — это свидетельство того, что в какой-то момент на Марсе произошло подледниковое таяние, и это большая загадка. Учёные пытались обнаружить процессы, которые могли бы привести к такому результату, но ни одна модель не сработала. Эта модель объясняет эскеры, не прибегая к климатическому потеплению», — сказал Бюлер.

Покрытые льдом реки достигают края ледяного щита и образуют потоки, похожие на медленно движущуюся лаву, покрытую замёрзшей коркой. В конце концов, эти покрытые льдом илы раздуваются достаточным количеством воды, чтобы стать настоящими покрытыми льдом реками. Бюлер прогнозирует, что лёд, покрывающий реки, достигнет толщины в десятки-сотни футов и перекроет реку глубиной в несколько футов, при этом скорость течения воды составит несколько футов в секунду, а талой воды будет достаточно, чтобы достичь длины в тысячи миль.

Существует несколько длинных извилистых долин, ведущих вниз от южнополярного региона, богатого озами, к бассейну Аргир, которые ранее были идентифицированы как древние речные русла, что соответствует прогнозу модели Бюлера. Покрытая льдом вода заполняет бассейн Аргир, который по объёму примерно равен Средиземному морю, в течение десятков тысяч лет, прежде чем он переливается и опорожняется почти в 5000 милях отсюда на северных равнинах.

Это первая модель, которая производит достаточно воды, чтобы перекрыть Аргир, что соответствует многолетним наблюдениям. 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 мог сыграть важную роль в загадочном пульсе поздней стадии гидрологической активности Марса. Более того, для объяснения этого не требуется потепления на поздней стадии.

сказал Бюлер

Бюлер планирует будущие испытания своей модели. Если результаты сохранятся, то они кардинально изменят понимание древнего водного цикла Марса.