Вода на древнем Марсе: планетарные штормы или весенние паводки

Марсианские «каналы» по Дж. Скиапарелли

Реки и озёра на древнем Марсе могли быть заполнены водой от осадков из-за продолжительных штормов планетарного масштаба или эпизодов массивного таяния снега и льда.

Открытые и закрытые водоёмы

Исследование, опубликованное в августе 2020 года в журнале Geology, — первая работа, в которой приведены количественные оценки необходимой нормы осадков на Марсе для формирования наблюдаемых речных и озёрных структур. Такая оценка позволяет обозначить разумные ограничения, накладываемые на модели марсианского палеоклимата.

Представления о древнем климате на Марсе очень противоречивы. С одной стороны геологические свидетельства указывают на существование значительного количества воды на поверхности на ранних этапах эволюции планеты и на гидрологическую активность водных потоков в прошлом. Об этом свидетельствует рельеф в виде русел речных систем и палеоозёра, а также определённые минералы, обнаруженные рекогносцировкой с космических аппаратов. Судя по размерам таких структур, на Марсе в период 4—3 миллиарда лет назад (самая ранняя, или нойская геологическая эпоха) должны были протекать реки со значительным расходом воды, например, сопоставимым со стоком Амазонки. С другой стороны все разумные модели климата не оставляют возможности для существования такого количества воды в течение длительного времени, которое могло бы сформировать геоморфологические структуры такого масштаба.

Структура палеобассейнов на Марсе. Показаны открытые, закрытые и парные (открытые + закрытые) озёрные системы и соответствующие области водосбора. Gaia Stucky de Quay et al., Geology (2020).

На Марсе уже уверенно подтверждено существование значительных запасов воды, но в виде льда. Водный лёд сосредоточен в полярных шапках, где он существует вместе с льдом в виде замороженной углекислоты, а также в других областях планеты под слоем реголита. Жидкая вода, как и лёд на большей части поверхности неустойчивы с учётом низких температур и давлений на Марсе. Концентрированные соляные растворы (рассолы) могут существовать и на поверхности, но на протяжении небольшого времени в году. Эти выводы находятся в явном противоречии с таким озёрно-речным рельефом. Поэтому остаётся или принять, что в ранние геологические эпохи условия на Марсе были в чём-то похожи на земные — но это плохо укладывается в компьютерные модели климата с учётом расстояния до Солнца и получаемой солнечной энергии, — или же предполагать резкие изменения условий в виде отдельных «эпизодов», периодов, в которых доминировали штормы с огромной массой осадков или происходило массивное таяние льда.

В работе показано, что для заполнения озёр таких размеров и создания хотя бы временных потоков воды масштаба, сопоставимого с размерами речных структур должно было выпадать от 4 до 159 метров осадков за один эпизод (например, один продолжительный ливень или шторм или паводок из-за массивного таяния снежных и ледовых шапок). Для сравнения: на Земле годовая норма осадков составляет порядка метра; может, ощутимо больше в тропических регионах, но всё равно это явно не сто метров.

Показатель аридности на Марсе и на Земле. Для Марса минимальный индекс аридности рассчитывается как соотношение площадей водоёма и водосбора. Gaia Stucky de Quay et al., Geology (2020).

В расчётах использовались 96 открытых и закрытых бассейнов и их систем питания и стоков, которые предположительно сформировались 3,5—4 миллиарда лет назад. Под открытыми бассейнами понимаются озёрные системы, из которых по системе русел может вытекать вода, закрытые бассейны стоков не имеют. При помощи спутниковой съёмки и детальных карт рельефа можно измерить объёмы озёр и речных русел. С учётом поправки на испарение воды из водоёмов это позволяет оценить количество воды, требуемое для заполнения этих бассейнов. (GeoScienceWorld (GSW)

13 из обнаруженных гидросистем составляют пару открытый — закрытый водоём с питанием от одной и той же речной долины. Это позволяет оценить максимальное и минимальное количество осадков за один и тот же «штормовой эпизод». Закрытые водоёмы дают представление о максимальном количестве осадков за один эпизод, при котором ещё не происходит переполнения бассейна. Открытые, наоборот, позволяют рассчитать минимальное количество воды, необходимое не только для наполнения бассейна, но для переливания через его край с образованием стока. Однако о продолжительности таких эпизодов по этим данным ничего сказать нельзя. Такое событие могло бы продолжаться и несколько дней, напоминая сильный земной шторм, но могло и растянуться на годы или тысячи лет и соответствовать неким глобальным климатическим изменениям вроде межледниковых периодов на Земле (интергляциалов). (GeoScienceWorld (GSW)

На момент публикации статьи NASA уже отправило к Марсу космический аппарат с марсоходом Perseverance, который должен высадиться в районе ударного кратера Езеро. Эта локация, одна из исследованных в работе, интересна тем, что её рельеф указывает на бывшую разветвлённую озёрно-речную систему, в которой надеются найти следы древней жизни. (GeoScienceWorld (GSW)

Рельеф Марса и гидросистема кратера Езеро — места посадки марсохода Perseverance в рамках миссии Mars-2020.