С февраля 2021 года на Красной планете работает марсоход NASA «Персеверанс», оснащенный семью научными инструментами. Он исследует кратер Езеро диаметром примерно 45 километров. Приблизительно 3,5 миллиарда лет назад его заполняло озеро, в которое впадала древняя река и где сформировалась речная дельта.
Почему выбрали именно это место? Во-первых, ранее там обнаружили следы дельты реки, впадающей в озеро. Дельта могла накапливать осадочные породы, которые часто сохраняют органические молекулы и возможные химические следы жизни.
Во-вторых, там выявили карбонаты и глинистые минералы, которые образуются в присутствии воды и способны сохранять органические вещества. Эти минералы могут служить своеобразной «капсулой времени» для изучения прошлой среды Марса.
В сентябре 2023-го «Персеверанс» достиг области Margin Unit — участка вдоль внутреннего края западной части кратера Езеро. Эту область обнаружили еще до посадки марсохода благодаря данным орбитальных аппаратов: там зафиксировали следы породообразующего минерала оливина (Mg,Fe)₂[SiO₄] и карбонатов.
Из-за положения участка и геологического строения ученые предполагали, что он мог образоваться в районе древней береговой линии озера, а карбонаты там могли появиться непосредственно под воздействием озерной воды. Иными словами, в районе Margin Unit ожидали увидеть осадочный материал, сформировавшийся из песка и мелких частиц, которые постепенно накапливались слоями. На Земле такие породы хорошо сохраняют свидетельства древней среды, а иногда — и биосигнатуры, то есть возможные признаки существования микроорганизмов.
Когда «Персеверанс» приступил к изучению этой местности, выяснилось, что основная часть пород Margin Unit имеет магматическое происхождение. Для исследователей это особенно ценный материал. Кристаллы минералов внутри магматических пород сохраняют сведения об условиях, в которых они сформировались. Последующие изменения этих минералов позволяют восстановить взаимодействия породы с водой.
Чтобы разобраться в истории этих пород, международная команда планетологов, геохимиков и астробиологов под руководством Кэндис Бедфорд (Candice Bedford) из Университета Пердью в США использовала научный инструмент SuperCam на борту марсохода, который анализирует химический и минералогический состав пород с расстояния до 6,5 метра. Этот прибор направляет на поверхность исследуемого объекта мощные лазерные импульсы, которые испаряют крошечное количество вещества и создают плазму. По ее излучению SuperCam определяет элементный химический состав породы, а с помощью метода рамановской спектроскопии получает информацию о ее минералогическом составе.
Всего марсоход исследовал 185 участков в Margin Unit. Одновременно ученые анализировали снимки с камер SuperCam, Mastcam-Z и Navcam, по которым изучали текстуры пород, в том числе размер, форму и взаимное расположение минеральных зерен. После этого химические данные распределили по группам с близким составом, что позволило выделить области и особенности пород, связанные с оливином, железо-магниевыми карбонатами, кремнеземом, железосодержащими минералами и сульфатом кальция.
На возвышенных участках Margin Unit обнаружили породы с крупнозернистой кристаллической структурой и большим количеством оливина (этот минерал состоит главным образом из магния и железа). Они сформировались из магмы, которая медленно остывала под поверхностью Марса, а затем их обнажила эрозия.
Пожалуй, главным открытием стали следы взаимодействия пород с водой и другими жидкостями. Бедфорд и ее коллеги смогли восстановить последовательность как минимум трех таких эпизодов. Правда, определить точный возраст каждого из них пока не удалось.
Первый эпизод начался с подземных вод, богатыми углекислым газом. Они просочились сквозь подземные трещины и вступили в химическую реакцию с магматическим минералом оливином. В результате образовывались карбонаты железа и магния, которые заполняли трещины. Со временем окружающая порода разрушалась быстрее, а более устойчивые карбонатные прожилки оставались на поверхности в виде небольших гребней. Для этого этапа присутствие древнего озера не требовалось — достаточно было циркуляции грунтовых вод.
Второй этап связан с образованием кремнезема. Позднее более кислые растворы изменили уже существовавшие карбонаты, создали вторичную пористость и привели к осаждению кремнезема в образовавшихся пустотах. Этот эпизод мог быть связан с водой древнего озера: больше всего кремнезема обнаружено в породах ниже предполагаемого уровня озера.
Третий этап может быть связан с трещинами, через которые начали проходить горячие подземные растворы. В восточной части Margin Unit ученые нашли минеральные жилы толщиной приблизительно 25 сантиметров, в их составе присутствуют сульфат кальция и минерал флюорит.
Такой набор минералов указывает на поздний гидротермальный процесс: нагретая вода циркулировала через трещины и оставляла после себя новые минералы. Откуда взялось тепло, пока точно не известно, но авторы научной работы связали это с более поздней вулканической активностью в регионе, которая, вероятно, запустила циркуляцию подземных флюидов.
Получается сложная последовательность. Сначала породу изменили богатые углекислым газом подземные воды, образовавшие карбонаты. Затем, возможно, роль сыграла вода древнего озера, оставив после себя кремнезем. Позже через те же породы прошли более горячие растворы, которые сформировали новые минеральные жилы.
История воды на Марсе не сводится к одному древнему озеру. Одни и те же породы могли взаимодействовать с водой в разные периоды, причем каждый эпизод по-своему менял их состав и структуру. В Margin Unit нашли следы как минимум трех таких событий.
Для ученых это открытие поможет больше узнать о климате раннего Марса и понять, насколько долго там могли сохраняться условия, пригодные для жизни. Ученые планируют сопоставить данные по Margin Unit с данными из других марсианских регионов, чтобы попытаться постепенно восстановить более полную картину того, как менялась вода на молодой планете.
Научная работа опубликована в журнале Communications Earth & Environment.