Три миллиарда лет назад поверхность Марса была богата водой, а над ней царила плотная атмосфера — то есть существовали гидрологический цикл и полноценный климат. Но каким именно он был? Теплым и влажным вроде земных тропиков или холодным и засушливым, как Арктика с Антарктикой? От этого зависят обилие и облик существовавшей на Красной планете экосистемы. Чтобы ответить на эти важные вопросы, американские геологи нашли на Земле грунты, аналогичные марсианским.
Вид на Эолиду (гору Шарпа) — возвышение в центре кратера Гейла. Изображение представляет собой мозаику из снимков, сделанных камерой Mastcam марсохода Curiosity. Цвета приведены к балансу белого «как на Земле», чтобы породы выглядели привычнее для геологов, естественное освещение на Марсе дает многим камням голубоватый оттенок / © NASA, JPL-Caltech, MSSS
Стоит отметить, что грунтов, полностью идентичных марсианским, на Земле найти, скорее всего, невозможно — слишком различаются условия на двух планетах. И различались в прошлом, естественно. Однако каждая порода имеет свою историю формирования, которая для земных примеров может быть изучена подробнее. Поэтому, если найти на Земле грунты, похожие на марсианские, появится возможность обоснованно предположить, какие условия существовали ранее на Красной планете.
За без малого 12 лет работы в кратере Гейла марсоход Curiosity собрал большое количество данных о грунтах, которые там встречаются. Эта местность — дно озера, существовавшего между четырьмя и тремя миллиардами лет назад.
Там встречаются осадочные породы, минералы, формировавшиеся в присутствии воды, а также особый класс грунтов: так называемые рентгеноаморфные материалы (X-ray amorphous material). Это означает, что в них дифракция рентгеновского излучения случайна, они лишены регулярной кристаллической структуры и представляют собой буквально гелеобразную кашу из микро- и наночастиц разных пород. Важное уточнение: не стоит путать такие материалы с аморфными, это разные понятия.
Ровер Curiosity оснащен инструментом CheMin (Chemistry and Mineralogy), который среди прочего предназначен для изучения структуры марсианских минералов и пород методом дифракции ренгеновского излучения. Результаты его работы показывают, что грунты в кратере Гейла состоят из рентгеноаморфных материалов на 15-73 процента по массе. При этом их химический состав характерен для ультраосновных пород: он отличается высоким содержанием железа (до 43 процентов) и кремния (до 76 процентов), но низким — алюминия (менее 11 процентов).
Еще одно ключевое свойство этих грунтов — присутствие летучих компонентов (воды, углекислого газа и оксида серы), что указывает на их как минимум частично эрозионное происхождение.
Найти на Земле аналогичные грунты непросто. Высокое содержание рентгеноаморфных материалов встречается в ледниковых отложениях, гавайских почвах и в некоторых локациях заповедника Джон-Дэй-Фоссил-Бедс (штат Орегон). Но химический состав этих земных грунтов сильно отличается — в частности, они гораздо богаче алюминием.
Поэтому американские геологи решили сначала выбрать подходящие по химическому составу образцы — выветрившиеся ультраосновные почвы (серпентиновые), а затем определить в образованных ими грунтах содержание рентгеноаморфных материалов.
Выбор ученых пал на горы Кламат в Калифорнии, местечко Пикхандл-Галч посреди пустыни в Неваде (США) и горы Тейбллендс в Ньюфаундленде (Канада). Удалось найти подходящие по химическому составу породы, однако ни в горном средиземноморском климате, ни в пустынном достаточного количества ренгеноаморфных материалов ученые не обнаружили. Зато холодный субарктический пояс оказался попаданием почти в яблочко. Свойства некоторых ньюфаундлендских грунтов оказались очень близкими к марсианским грунтам из кратера Гейла.
Это позволяет с большой уверенностью предположить, что климат Красной планеты был сухим и прохладным с преобладанием снежных осадков. При этом во время формирования рентгеноаморфных пород — то есть геологически значимый период в сотни тысяч или даже миллионы лет — на Марсе не было больших перепадов температур.
Конкретные механизмы формирования таких грунтов по-прежнему остаются не до конца ясными. Предположительно, все дело в определенном энергетическом балансе между частицами рентгеноаморфных материалов, который устанавливается в присутствии холодной воды, близкой к точке замерзания.
Научная работа с подробным описанием методов исследования и его результатами опубликована в рецензируемом журнале Communications Earth and Environment, текст находится в открытом доступе. Среди ее авторов — сотрудники Института исследования пустынь (DRI), Университета штата Невада в Лас-Вегасе (UNLV), Космического центра имени Линдона Джонсона (NASA JSC) и Государственного университета Аризоны.
