Марсіанський океан міг уникнути замерзання три мільярди років тому

Французькі та американські вчені змоделювали марсіанський клімат три мільярди років тому і дійшли висновку, що замість того, аби бути теплим і вологим або холодним і сухим, він був одночасно і холодним, і вологим. Це пояснило би знайдені на Марсі річкові долини і сліди цунамі. Підтримувати рідкий океан за мінусової температури допомагала би його власна циркуляція, яка б підвищувала її до 4,5 градуса Цельсію і так забезпечувала подібний Землі кругообіг води. Якою могла бути Червона планета у давнину, вчені описали у журналі PNAS.

NASA / USGS / ESA / DLR / FU Berlin (G. Neukum)

NASA / USGS / ESA / DLR / FU Berlin (G. Neukum)

Що ми взагалі знаємо про минуле Марса?

Яким був клімат Марса у минулому сказати доволі складно — геологічні чи мінералогічні індикатори, які можуть розповісти про атмосферу, гідросферу і літосферу, зруйнувалися пізнішими процесами хімічного чи фотоокислення поверхні через відсутність у планети захисту від сонячного випромінювання.

Марсіанська геологічна історія традиційно поділяється на три часових періоди: сучасний амазонський, якому не більше трьох мільярдів років і який дуже не схожий на умови на Землі, гесперійський період (3-3,5 мільярда років), який особливо цікавить вчених у порівнянні планет і вказує на вулканічну активність та катастрофічних повеней, та нойський період (3,5-4,1 мільярда років).

Але обговорюючи умови на Марсі у той же період, коли на Землі з'явилося життя, тобто приблизно три мільярди років тому, вчені діляться на два табори: був Марс вологим і теплим, чи холодним і сухим. І одним з важливих питань, яких нам не вистачає для повної геологічної картини Червоної планети та її імовірної придатності для життя — чи був на ній океан.

Як проходять пошуки марсіанських океанів?

Понад 40 років тому орбітальні апарати «Вікінг» виявили на Марсі величезний басейн у північній півкулі. І після цього, крім Землі, Марс є єдиним планетарним тілом, на якому вдалося знайти об'єкти розміром з океан. І якщо Земля зберегла свої океани ще на мільярди років, то про стабільність марсіанських водойм навіть у минулому планети точаться суперечки.

Якби в пізньонгесперійський період близько трьох мільярдів років тому Марс був теплим і вологим, то дощі мали б створити набагато більше мереж долин, ніж ми спостерігаємо на планеті зараз. Занадто холодний клімат заморожував будь-яку воду на поверхні. А помірно холодний переніс би воду з океану на сушу у вигляді снігу та льоду, але тоді б нам не вдалося знайти виступи з великого піску, які, на думку вчених, сформувалися в результаті цунамі на планеті.

У своїй роботі французські та американські вчені вирішили пошукати океан на Марсі, моделюючи умови на ньому так, якби три мільярди років тому він був одночасно і холодним, і вологим.

Запропонований сценарій холодного і вологого клімату Марса три мільярди років тому, де червоною лінією показана берегова лінія океану (темно-синій), а жовтими лініями позначено рух льодовиків з крижаних височин. Frédéric Schmidt, PNAS, 2022

Запропонований сценарій холодного і вологого клімату Марса три мільярди років тому, де червоною лінією показана берегова лінія океану (темно-синій), а жовтими лініями позначено рух льодовиків з крижаних височин. Frédéric Schmidt, PNAS, 2022

Як уявити клімат Марса?

Дослідники розробили модель загальної циркуляції атмосфери і океана планети в умовах меншої світності Сонця (79 відсотків від сучасного значення) та глобального еквівалентного шару води (global equivalent layer), тобто товщини водного шару, якби він був рівномірно розподілений по всьому Марсу, у 150 метрів, чого вистачило б, щоб заповнити океанічний басейн. Модель також включає потік льоду із суші в океан і кількість водню в атмосфері, джерелом якого міг бути, наприклад, вулканізм.

Сценарії прохолодного і вологого клімату у разі слабкого молодого сонця показують, що океан, в умовах падіння температури і втрати планетою магнітного поля, повинен був би замерзнути при тиску нижче одного бара. Згідно з моделлю, височини в основному покриті кригою, але накопичення снігу принаймні на два метри може посприяти утворенню льодовиків, які б потрапляли знову в океан. Дощитиме переважно над океаном (до 70 відсотків від загальної кількості опадів), що і компенсуватиме до 60 відсотків випаровування води.

Циркуляція води зможе нагріти поверхню до 4,5 градуса Цельсію, тож навіть за глобальної температури на планеті нижче нуля, океан зможе залишатися стабільним. Цей марсіанський клімат може бути подібний до стародавнього земного з активним кругообігом води в часи ранніх стадій появи життя. До того ж цей сценарій може пояснити геологічні особливості планети (як-то сліди цунамі та льодовикові процеси).

Якщо ми зможемо зрозуміти, як розвивався марсіанський клімат, у нас буде краще розуміння того, чи могло на планеті колись існувати життя і де його шукати, якщо воно існувало. Ми вже розповідали, як втрата заліза у марсіанських відкладеннях вказала на те, що поверхня планети зазнала хімічного вивітрювання під дією відновної атмосфери. А цирконій з марсіанського метеорита вказав, що Марс протягом більшої частини своєї історії перебував тектонічному «режимі закритої кришки».


Фото в анонсі: NASA / USGS / ESA / DLR / FU Berlin (G. Neukum)