Международная группа исследователей смоделировала уровень давления и состав атмосферы, при которых земные деревья смогли бы начать расти на Марсе. Оказалось, что это куда проще, чем можно было предположить. Но первый марсианский лес может вырасти совсем не там, где его ожидают — то есть довольно далеко от экватора.
На этом снимке апреля 2008 года, сделанном аппаратом MRO близ северного плюса Марса, есть что-то вроде оптической иллюзии: ряды темного песка при таянии сухого льда (северным летом) становятся темнее обычного и выделяются на розоватом фоне песчаных дюн. Такие темные ряды образуются при сходе небольшой песчаной лавины и со стороны могут выглядеть как деревья. Если присмотреться, становится видно, что «деревья» не отбрасывают тени. На снимке примерно километровый отрезок. Теперь ученые показали, что, как ни странно, выживание реальных деревьев на Марсе возможно задолго до окончания его терраформирования / © NASA. JPL
В настоящее время компания SpaceX испытывает многоразовый носитель, чья конечная цель — обеспечение колонизации и терраформирования Марса. Среди сотрудников SpaceX — ученые, ранее описывавшие технически наиболее простые и эффективные пути терраформирования четвертой планеты (с помощью суперпарниковых газов). Но этот процесс в любом случае небыстрый, требующий веков. Если поднять температуру Красной планеты до современного земного уровня можно почти сразу после достижения нужных концентраций суперпарниковых газов в марсианской атмосфере, то ее насыщение кислородом займет, в оптимальном случае, многие века. Эффективнее всего фотосинтезируют в условиях недостатка влаги деревья: у них ниже потребность в воде на единицу биомассы.
Проблема в том, что современная газовая оболочка Марса примерно в 170 раз разреженнее, чем земная на уровне моря. На Земле такое же давление на 35 километрах, а деревья для своей жизнедеятельности требуют более высокого давления. Поэтому ученые из США, Польши и Швейцарии попробовали подсчитать, при каких именно условиях на четвертой планете смогут зацвести деревья. Свои выводы они представили на конференции Астробиология и будущее жизни, прошедшей в Институте Луны и планет в Хьюстоне, США, в октябре 2024 года.
Сейчас давление на поверхности Марса — 0,61 килопаскалей. Авторы доклада отмечают, что земные деревья, согласно лабораторным экспериментам, могут расти при давлении от 10 килопаскалей, то есть в 16 раз выше современного марсианского, но в 10 раз ниже современного земного. Кроме этого, им требуется температура. При этом порядка одного процента этого давления (0,1 килопаскаля) должно приходиться на кислород, поскольку ночью земные высшие растения без него существовать не могут.
Длина вегетационного сезона должна быть не ниже 110 сол (местные сутки, 24 часа 40 минут) из 669 солов, составляющих марсианский год. На протяжении вегетации минимальные ночные температуры не должны опускать ниже -6°C, средние не должны опускаться ниже +6°C, а максимальные температуры не должны подниматься выше +40°C.
Такие условия достигаются при поглощении излучения Солнца атмосферой Марса уже в 0,27 от единицы. Это вполне реально при активном вносе туда большого количества суперпарниковых газов. При этом моделирование показывает, что нужный температурный и атмосферный режим впервые будет достигнут в несколько неожиданном месте — на Равнине Эллады.
Это впадина диаметром до 2300 километров и глубиной на семь километров ниже средней высоты поверхности Марса. При этом она лежит вне тропиков, то есть наиболее теплой части планеты. На ее дне атмосферное давление даже сейчас 1,24 килопаскаля, то есть вдвое выше стандартного марсианского. Летом там иногда образуется легкий туман, а зимой стабильно выпадает водяной иней, что делает ее хорошо различимой на поверхности планеты. Более того, давление там выше так называемой тройной точки воды, то есть там на поверхности может существовать жидкая вода, в то время как на остальной поверхности планеты она быстро выкипит из-за слишком низкого давления. На дне равнины нужные деревьям параметры давления будут достигнуты вдвое быстрее, чем для остальной поверхности Марса.
Выводы авторов работы, с одной стороны, показывают, что экватор — не лучшее место для первых экспериментальных негерметичных и неотапливаемых (и поэтому недорогих) теплиц на поверхности Марса. С другой стороны, к ним можно добавить, что исследования четвертой планеты с помощью радаров показали, что на Равнине Эллады есть залежи водного льда толщиной от 200 до 450 метров. То есть с началом терраформирования там будет образовываться жидкая вода в значительных количествах, что может запустить местный гидрологический цикл с осадками.
Отметим, что в своих расчетах ученые использовали сильные обобщения. Например, для простоты расчетов поверхность Марса разбили на куски 190 на 190 километров. Это позволяет оценить ситуацию для больших равнин, но деформирует ее в смысле оценки пригодности для деревьев пересеченной местности.
Например, долины Маринер достигают глубины в 11 километров (дно каньона Мелас). Считается, что в древности здесь было сверхглубокое озеро. Длина каньона — 547 километров, но ширина много меньше, поэтому в пятно 190 на 190 километров его обсчет не попал. Однако сам каньон лежит на возвышенности, поэтому его глубина все же меньше низких частей Равнины Эллады Учитывая, что Мелас находится на 10-м градусе южной широты, средние температуры там должны быть существенно выше, чем на Равнине Эллады, лежащей в десятках градусов от экватора.
Рост атмосферного давления на четвертой планете должен происходить сам по себе при подъеме температуры на нем. Дело в том, что значительная часть местного углекислого газа связана в сухом льде на полюсах, а большое количество азота — в перхлоратах и/или нитратах, которыми богаты местные грунты. Эти перхлораты и нитраты стабильны только при весьма низких температурах, а с их ростом распадаются, высвобождая азот. Опыты, проведенным на борту марсохода с нагреванием местного грунта показывают, что при этом выделяется азот.
Отметим, что подъем давления кислорода на Марсе до 0,1 килопаскаля — отдельная, достаточно сложная задача, в реализации которой способны помочь другие земные фотосинтезирующие организмы, о которых Naked Science уже писал ранее. В отличие от деревьев они (согласно лабораторным экспериментам) могут выжить в марсианских условиях уже сейчас, правда, в достаточно ограниченном количестве мест.
Комментарии
Ммм...ну блин...
В долине Маринера нету областей более глубоких чем в Элладе. У Маринера по всей длине дно на -5000м, есть участки -5500, и Melas Chasma ничем не выделяется. Hellas planitia известное перспективное место, да. Самая глубокая точка - кратер Badwater, -8200 метров и ≈1300 Па. Но на мой взгляд, Маринер, равнина Исиды, даже Аргир (кратер Гука) не сильно хуже. Всё равно открытая вода будет испаряться и при 1300 и при 1100 Па, и терморегуляция в теплице потребуется. Зато в Маринере или Исиде слабая зима, а на 40 градусов широты вполне себе суровая
В перхлоратах хлор, а не азот. Впрочем, на Марсе есть и нитраты, но во-первых запасы не определены, во-вторых говорить что нитраты сами по себе разложатся до азота от простого нагревания на 20 градусов, нет никаких оснований
И всего 100 Па кислорода для растений удивительно звучит, если честно. Хорошо бы если так, но мне встречалось 2000 Па, и то растения росли не все и плохо
1, "В долине Маринера нету областей более глубоких чем в Элладе. У Маринера по всей длине дно на -5000м, есть участки -5500, и Melas Chasma ничем не выделяется. "
Тут утверждается, что глубина нижней точки относительно окружающей местности 11 км:
https://archive.org/details/marsmysteryunfol00catt/page/104/mode/2up
Правда, я попытался найти, какая там высота окружающей местности, и там оказалось плато. В связи с этим я нес корректировку в текст новости выше, спасибо за вашу внимательность.
"В перхлоратах хлор, а не азот"
Перхлорат аммония (NH4ClO4) содержит азот. Относительно конкретного состава марсианских перхлоратов данных достаточно немного, однако при нагреве местного грунта марсоходами азот действительно выделялся. На самом деле это может объясняться как нитратами, так и перхлоратом аммония, но достоверно это на сегодня неизвестно.
Что до 0,1 кПа кислорода -- да, цифры звучат странно, но так в докладе.
Вот и на Марсе яблони зацветут... 😁
А если генной инженерией сконструировать подходящий для нынешнего Марса организм?
Скорее всего расти будет по миллиметру в год, как лишайники. А так-то наверное можно: или толстые наросты на камнях, с мокрой сердцевиной и плотной кожурой, или цианобактерии на склонах из которых летом рассол вытекает. Практической пользы будет немного
1, А почему бы не начать, какой нам вред от такого, наоборот даже интересно, больше исследований сможем сделать. С таких вот маленьких растений будем расти
Я только за
два вопроса в терраформировании неясны. 1). Откуда кислород будут брать растения. 2). Как предотвратить поглощение кислорода при разложении мертвых деревьев. На Земле кислород берётся в конечном итоге из углекислого газа, и расходуется на окисление отмершей растительности, поэтому, кстати, роль лесов в продукции кислорода на Земле близка к нулю. Если этот вопрос решить, то сразу встаёт другой: хватит ли углекислого газа для образования нужного количества кислорода?
Igor, "два вопроса в терраформировании неясны. 1). Откуда кислород будут брать растения"
Ну, собственно, последний абзац как раз про то, что прям совсем сложным растениям сперва брать кислород на Марсе неоткуда. Теоретически это могут поправить более простые организмы, скажем, лишайники (Xanthoria elegans) и, возможно, мхи. Далеко не факт, что не будет разумнее что-то генетически модифицировать из таких организмов, чем пускать базовые, но это дело скорее будущего, пусть и не обязательно далекого.
"2). Как предотвратить поглощение кислорода при разложении мертвых деревьев"
Честно сказать, не уверен, что такая проблема вообще будет актуальной. На Земле для более-менее полного разложения древесины нужны высокие среднегодовые температуры и наличие нужных групп организмов (грибы, термиты). Ну или пожары, но они на Марсе пока исключены. Там, где всего этого нет (северная тундра) находят пни и куски стволов, которым буквально тысячи лет. И все эти тысячи лет они лежат не особо разлагаясь. Леса вносят слабый вклад в наработку кислорода на экваторе и в тропиках. Северные леса по кислороду, насколько я помню, нетто-положительные.
" Если этот вопрос решить, то сразу встаёт другой: хватит ли углекислого газа для образования нужного количества кислорода?"
Если вы про то, хватит ли углекислого газа, чтобы получить 0,1 кПа кислорода, то его точно хватит: уже сейчас в атмосфере Марса почти 0,6 кПа СО2, на 0,1 кПа О2 -- хватит.
Если вы про то, хватит ли там СО2, чтобы догнать кислород до земных значений --
то это ключевой вопрос всей истории, потому что вопрос о том, сколько на самом деле углекислого газа на Марсе -- крайне спорный. C одной стороны, понятно, что большое количество СО2 связано местным реголитом в рамках адсорбции. С другой -- его полное высвобождение при потеплении произойдет только на верхних метрах, а чтобы прогреть хотя бы верхний километр нужно 100 тыс. лет минимум: https://www.jpl.nasa.gov/news/trapped-carbon-dioxide-key-to-mars-drastic-climate/
А есть ли на Марсе толстый слой реголита? Хотя бы метров 100 глобально. Такое ощущение что нет, а фракция размера щебёнки не тянет на "реголит", много такие камни ненаадсорбируют, потому что толща камня останется ненасыщенной.
С другой стороны, на Марсе вроде как достаточно осадочных пород, и эти породы в процессе формирования могли захватывать CO2. Вот только это всё равно проекты запредельного уровня (раздробить хотя бы 1/10 всей поверхности Марса и разогреть), это тысячи термоядерных реакторов, десятки лет затрат без прибыли. На этих же тысячах реакторов можно направиться к планете с абиогенным кислородом. Марс в ближайшей перспективе (с учётом холодных ловушек на Луне и т.д.) не лучше безатмосферных вариантов, он столь же плох
1, ну вот опять: как именно понять, какая там толщина реголита?
По логике на планете была гидросфера и атмосфера, то есть осадочные породы могут быть толстыми, это не астероид, чтобы до глубины из щебенки. Но без бурения точно не узнать.
Igor, Атмосфера Марса почти полностью состоит из углекислого газа так что насчёт этого не будет проблем