Даже в холодном климате на древнем Марсе могли быть стабильные озера, скрытые под тонким сезонным льдом. Эта ледяная “крышка” могла сохранять жидкую воду на протяжении десятилетий, меняя представления ученых о водном прошлом Марса. Фото: AI/ScienceDaily.com
Небольшие озера на раннем Марсе, возможно, оставались жидкими в течение десятилетий, даже несмотря на то, что средняя температура воздуха была намного ниже нуля. Новое исследование предполагает, что сами по себе холодные условия, возможно, не помешали сохранению воды на поверхности Красной планеты в течение длительного времени.
Исследователи из Университета Райса использовали климатическую модель, модифицированную для Марса, чтобы выяснить, могли ли сохраниться озера в таких местах, как кратер Гейла вблизи экватора планеты. Их результаты показывают, что озера могли оставаться жидкими под тонким слоем сезонного льда в течение десятилетий, а возможно, и дольше, при условии, что общие климатические условия оставались стабильными. Это открытие помогает ответить на давний вопрос в исследованиях Марса. Геологические особенности, сформированные текущей или стоячей водой, существуют по всей планете, однако многие климатические модели указывают на то, что на раннем этапе Марс должен был быть слишком холодным, чтобы поддерживать воду в жидком виде.
Исследование, опубликованное в журнале AGU Advances, предлагает новое объяснение того, как озера могли существовать без теплого климата и почему древние марсианские озера так хорошо сохранились сегодня.
«Увидев древние озерные бассейны на Марсе без явных свидетельств наличия толстого, долговечного льда, я задалась вопросом, могли ли эти озера сохранять воду дольше одного сезона в холодном климате», — сказала Элеонора Морленд, аспирантка Райс и ведущий автор исследования. «Когда наша новая модель начала показывать озера, которые могут сохраняться десятилетиями, покрытые лишь тонким, сезонно исчезающим слоем льда, было удивительно, что у нас, возможно, наконец-то есть физический механизм, который соответствует тому, что мы видим на Марсе сегодня».
Поворачиваем земные климатические приборы к Марсу
Чтобы исследовать проблему, команда адаптировала систему моделирования климата, известную как Proxy System Modeling. Первоначально этот подход был разработан исследователем климата Земли Сильвией Ди для реконструкции древнего климата с использованием косвенных показателей, таких как годичные кольца деревьев или ледяные керны.
На Марсе нет деревьев и других привычных климатических признаков, поэтому исследователи вместо этого полагались на данные, собранные марсоходами. Скальные образования и залежи полезных ископаемых служили заменителями климатических данных, позволяя команде сделать выводы о прошлых условиях.
В течение нескольких лет исследователи модифицировали модель озера, чтобы отразить Марс таким, каким он был около 3,6 миллиарда лет назад. Они учли такие факторы, как более слабый солнечный свет, богатая углекислым газом атмосфера и сезонные различия, характерные только для планеты.
Используя новую модель моделирования озер на Марсе с реконструкцией и моделированием атмосферы (LakeM2ARS), команда провела 64 тестовых сценария, основанных на измерениях марсохода НАСА Curiosity в кратере Гейл и существующих моделях климата Марса.
Каждый сценарий моделировал гипотетическое озеро внутри кратера в течение 30 марсианских лет, или около 56 земных лет. Это позволило исследователям проверить, могут ли озера реально оставаться жидкими в различных условиях.
«Было интересно провести мысленный эксперимент о том, как модель озера, разработанная для Земли, может быть адаптирована для другой планеты, хотя этот процесс требовал значительных усилий по отладке, когда нам приходилось изменять, скажем, гравитацию», — сказал Ди, доцент кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетологии. соавтор исследования.
«Мы были удивлены и воодушевлены тем, насколько чутко модель реагировала на такие параметры, как атмосферное давление и сезонность температуры. Это показывает, что при некотором творческом подходе и экспериментах модели земного происхождения могут дать реалистичные климатические сценарии для Марса».
Тонкий лед как естественный изолятор
Результаты моделирования отличались в зависимости от условий. В некоторых случаях озера замерзали в холодное время года. В других случаях вода оставалась жидкой под тонким ледяным покровом, а не замерзала полностью.
Этот тонкий лед сыграл решающую роль. Он действовал как изолирующая крышка, ограничивая испарение и потерю воды, в то же время позволяя солнечному свету согревать озеро в теплое время года.
Из-за этого сезонного цикла глубина некоторых смоделированных озер практически не менялась на протяжении десятилетий. Это говорит о том, что они могли оставаться стабильными в течение длительного времени, даже когда средняя температура воздуха оставалась ниже нуля.
«Этот сезонный ледяной покров действует как естественное покрытие озера», — говорит Кирстен Зибах, доцент кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах и соавтор исследования.
По словам Зибаха, это изолирует воду зимой, позволяя ей таять летом. «Поскольку лед тонкий и временный, после него осталось бы мало следов, что могло бы объяснить, почему марсоходы не обнаружили явных признаков многолетнего льда или ледников на Марсе», — сказала она.
Переосмысление проблемы воды на холодном Марсе
Результаты показывают, что на раннем Марсе, возможно, существовали долговременные озера, не требующие постоянно теплых условий. Это опровергает прежние предположения о том, что поверхностная вода на Марсе возможна только в течение продолжительных теплых периодов.
Если бы озера были защищены сезонным льдом, а не погребены под толстым слоем постоянного льда, многие загадочные особенности Марса стало бы легче объяснить. Сохранившиеся береговые линии, слоистые отложения и залежи минералов могут свидетельствовать о стабильности озер, которые сохранялись, несмотря на холодный климат.
Что это означает для будущих исследований Марса
Исследователи планируют применить модель LakeM2ARS к другим марсианским бассейнам, чтобы выяснить, могли ли подобные озера существовать где-либо еще на планете. Они также хотят изучить, как изменения в составе атмосферы или стоке грунтовых вод могли повлиять на стабильность озера с течением времени.
«Если подобные закономерности проявятся по всей планете, результаты подтвердят идею о том, что даже на раннем Марсе, где было довольно холодно, круглый год могла сохраняться жидкая вода, ключевой компонент окружающей среды, пригодный для жизни», — сказал Морленд.
В число дополнительных соавторов этого исследования входят студентка бакалавриата Райс Найла Хартиган, Майкл Мишна из Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института, Джеймс Рассел из Университета Брауна, а также Грейс Бишоф и Джон Мурс из Йоркского университета. Фонд Rice Faculty Initiative и Канадское космическое агентство поддержали это исследование.