Все о космосе

Океаны на Марсе все-таки были

В 80-х годах прошлого века на снимках, полученных косми­ческими аппаратами Viking, плане­тологи обнаружили на северных рав­нинах образования, напоминающие береговые линии. Они прослежива­ются на протяжении тысяч километ­ров, очерчивая громадные бассейны в областях Аравийской Земли (Ara­bia Terra) и столовых гор Deuteronilus Mensae. Однако в конце 90-х годов в результате работы другого косми­ческого аппарата, Mars Global Surve­yor, появилась глобальная топогра­фическая карта планеты, которая показала, что разброс высот вдоль предполагаемых береговых линий достигает 2,5 км, чего, конечно же, не может быть, если эти линии действи­тельно были берегом океана. Но, похоже, этим загадочным пе­репадам уровня найдено объяснение.

Как считают Марк Ричарде и Тейлор Перрон из университета Калифор­нии в Беркли (Mark Richards, Taylor Perron, University of California, Berkeley), опубликовавшие свои модели в июньском номере журнала Nature, такие деформации могли быть выз­ваны смещением оси вращения Мар­са и соответствующим смещением экваториального "вздутия" (которое в прошлом могло быть даже больше, чем сейчас). Что интересно, совре­менный полюс и два "древних" полю­са лежат на линии, равноудаленной от вулканического нагорья Фарсиды (Tharsis Montes). Если сдвиг полюсов был вызван смещением какой-то массы, более легкой, чем Фарсида, то при новой ориентации планеты ее эк­ваториальное положение все равно должно было сохраняться.

Совершенно естественно, что если в глубокой древности на планете сущес­твовала жидкая вода, заполняющая Великую северную равнину Vastitas Borealis, то ось вращения планеты за­нимала другое положение относитель­но геологических особенностей Марса. По оценкам ученых, древняя ось вра­щения была наклонена по отношению к ее сегодняшнему положению на 50°. Это говорит о том, что северный полюс сместился на 3000 км по поверхности планеты. Если, по какой-то причине, 2-3 млрд. лет назад произошло испа­рение океана, это и могло привести к перераспределению массы по по­верхности Марса, и к сдвигу оси его вращения. Вторичное смещение по­люса — на 20° относительно современ­ного — могло произойти в результате частичного либо полного пересыхания Океана с повторным затоплением.

Океан содержал столько воды, что она могла покрыть всю планету рав­номерным слоем толщиной 720 м. Он располагался в районе, находящемся сейчас в северном полушарии, но в то время это была экваториальная об­ласть. Как считают исследователи, вероятнее всего, вода уходила мед­ленно. Предположительно она не уле­тучилась в космос, а вначале испари­лась и позже выпала в виде осадков, просочившись под поверхность, где и сейчас находится в виде вечной мерзлоты и грунтовых вод. Часть ее должна присутствовать в виде оста­точного льда на месте океанов.

Следы марсианского наводнения

Прошло уже тридцать шесть лет с тех пор, как американ­ская космическая станция Mariner 9, выйдя на орбиту вокруг Марса, про­извела первую глобальную фото­съемку поверхности Красной плане­ты. Дешифрировка полученных снимков позволило выявить на по­верхности извилистые долины, похожие на земные реки. В 1975 г. изобра­жения, переданные на Землю орби­тальными блоками станций Viking, подтвердили существование дендритовидных долин, образованных, со­гласно современным представлени­ям, начиная от 2,5 млрд. лет назад и в более поздние периоды истории Марса. Наиболее крупные долины длиной 1000-2000 км начинаются в приэкваториальных областях и "те­кут" на север, исчезая в обширных понижениях Chryse Planitia. Области хаоса, в которых чаще всего находят­ся "истоки" рек, связывают с таянием подповерхностных льдов, предположительно за счет внутреннего разо­грева планеты в эпохи вулканизма. Долины меньшего размера, но с бо­лее развитой системой притоков, на­чинаются на возвышенностях — предполагаемых древних областях водосбора. Они не имеют видимой связи с мерзлотными структурами, а являются следствием выпадения дождей, когда атмосфера Марса мог­ла быть более плотной, чем сейчас, и давление в ней достигало величин, сравнимых с нынешней плотностью земной атмосферы.

Работа новых, более совершенных, зондов Mars Global Surveyor (1996-2006 г.) и Mars Odyssey (функциони­рует с 2001 г. по настоящее время) позволила обнаружить на крутых склонах марсианских кратеров и эифтовых долин узкие (10-20 м) овра­ги протяженностью от нескольких со­тен метров до нескольких километров. Известный российский ученый-пла­нетолог Л.В.Ксанфомалити считает, что все они прорезаны водой, которая в некоторых районах Марса сущес­твует на глубине от 150 до 500 м. На многих снимках исследователям уда­лось зафиксировать сотни следов негтавних выходов на поверхность грун­товых вод. Они сосредоточены, в ос­новном, в приэкваториальной части Красной планеты, между 30° ю.ш. и 30° в.д. Источником воды служит вечная мерзлота и ископаемые льды, вскры­тые в результате падений метеоритов тектонических явлений.

Обнаружен и еще один способ пи­тания предполагаемых древних рек: зола изливалась из разломов, уходящих вглубь марсианской коры. В результате расшифровки снимков орбитальных блоков Viking в конце 80-х — начале 90-х годов прошлого века разными исследователями бы­ла составлена геологическая карта области долин Мангала (Mangala Valles) в масштабе 1:500000. Уста­новлено, что вода, образовавшая до­лины, изливалась из грабена Мемнония (Memnonia Fossae). Анализ кар­ты позволил предположить сущес­твование двух периодов затопления области Мангала. Новые материалы, полученные в результате работы на ареоцентрической орбите космичес­ких станций XXI века, дали возмож­ность Джил Гатан и Джеймсу Хэду из университета Брауна (Gil Ghatan, James Head, Brown University, USA) и Лайонелу Вилсону (Lionel Wilson) из Ланкастерского университета в Великобритании провести ревизию геологии и эволюции области Манга­ла. Они использовали, кроме ранее составленной геологической карты, топографические данные, получен­ные от MOLA (Mars Orbiter Laser Altimeter), установленного на борту Mars Global Surveyor, а также инф­ракрасные и обычные (видимые) изображения поверхности Марса, сделанные камерой THEMIS (Ther­mal Emission Imaging System), уста­новленной на борту КС Mars Odys­sey. Система долин Мангала протя­нулась, по данным упомянутых ав­торов, на 900 км вдоль юго-западной окраины поднятия Фарсида (Tharsis Montes). Она начинается на юге от поперечного к ней линейного грабена Мемнония и прослеживается до из­вилистых границ низменной области Амазония (Amazonia Planitis), пред­полагаемого "океана", куда впадали речные долины Мангала. Используя методы дешифрирования космофотоснимков поверхности Земли, гео­логи выделили в области Мангала шесть отдельных частей (свит) гео­логического разлома, взаимоотно­шения между которыми позволили объяснить формирование и разви­тие долин Мангала. Выделяются два главных этапа: первому из них отве­чают события до наводнения, второ­му — собственно наводнение.

К первому этапу относится образо­вание свиты вулканических пород кратерированных равнин Noachian. Можно предположить, что это потоки базальтов, связанные с крупнейшими вулканами поднятия Фарсида (на­пример, Arsia Mons), и горизонты ту­фов (пород, сложенных из вулкани­ческого пепла), которые обычно счи­тают производными вулканов другого типа, таких, как Biblis Patera и Illyses Patera, а также более мелких. Затем вдоль юго-западной и западной гра­ниц поднятия Фарсида сформирова­лась система горных хребтов и широ­кой меридиональной долины, обрам­ленной на западе равнинами Noachi. Предполагается, что после извер­жения огромной массы базальтов и их туфов внутренние слои Марса резко охладились. В результате под повер­хностью планеты сформировалась криосфера (марсианская "вечная мерзлота"), а уровень подземных вод опустился ниже существовавшего ра­нее гидростатического уровня.

События наводнения запечатлены в морфологии поверхности, а также в горизонтально залегающих свитах предположительно осадочных пород. Эти события начались с образования радиальных по отношению к сводо­вому поднятию Фарсида линейных поднятий (перемычек) и впадин (гра­бенов), которые распространялись от этой крупнейшей вулкано-тектонической структуры на запад и юго-за­пад. Именно в это время образовался поперечный долине Мангала грабен Мемнония длиной около 220 км, шириной 7 км и глубиной до 1,5 км. Он взломал криосферу, и потоки воды из-под нее хлынули на дно грабена, заполнив его до краев. Вода перели­лась в смежный ударный кратер, об­разовавшийся в покрове базальтов еще до формирования грабена. Ис­следователи рассмотрели различные модели поступления подземных вод и пришли к выводу, что потребова­лось всего лишь около одного земного дня, чтобы грабен заполнился. Со­гласно моделям, вода изливалась из постоянно открытой гигантской "тре­щины" длиной 220 км при весьма вы­сокой водопроницаемости водонос­ного горизонта. Авторы статьи отме­чают, что, несмотря на неуверен­ность в оценке проницаемости слоя, питающего наводнение (находящего­ся под криосферой), они пришли к заключению, что по крайней мере некоторое время она почти в 300 раз превышала значения, характерные для самых проницаемых водоносных горизонтов на Земле.

Вода, заполнившая грабен Мемно­ния, быстро размыла выбросы из ударного кратера в северном борту долины и образовала проход в широ­кую меридиональную долину Ман­гала длиной около 700 км. Вода про­мыла русло вдоль западного борта долины и дошла до субширотного горного хребта высотой более 500 м над ее дном, который стал естествен­ной плотиной для обширного (700x350 км) озера. Позже, прорезав этот хребет, вода через 50 км подо­шла к другому, параллельному хреб­ту. Наконец, она размыла и эту пере­мычку, найдя выход в северо-запад­ной части озера. В результате обра­зовались два рукава, по которым во­да устремилась далее на север, в на­правлении большой низменной облас­ти Амазония. Впоследствии возник и западный рукав, тоже впадающий в "океан" Амазония. Оценки объема обломочного материала, вынесенно­го из Мангала (13000-20000 км3), и вычисления среднего расхода воды, прошедшей через систему русел (около 5 млн. м3/с), дают возмож­ность предположить, что полная продолжительность речной дея­тельности здесь составила 1-3 меся­ца. Вынос такого количества воды за столь короткое время привел к фор­мированию отвесных бортов долин, без характерных для Земли террас. Причем такие врезанные, без террас, долины характерны для всех древ­них русел Марса и свидетельствуют о кратковременном катастрофичес­ком поступлении воды. Вода из раз­ломов грабена Мемнония вылилась быстро, как будто она где-то накап­ливалась перед этим. Через 1-3 ме­сяца было достигнуто гидростати­ческое равновесие, уровень подзем­ных вод упал, произошло осушение системы долин Мангала, а затем за­мерзание. Следует отметить, что разломы Мемнонии — не единствен­ная известная структура, питавшая водой древние водоемы. К ним отно­сится также ряд разломов, извес­тных как Cerberus Fossae. По ним во­да поступала из-под поверхности Марса и стекала в море (теперь это низменность Elysium Planitia). Здесь на площади 900x800 км под покровом пыли и грязи обнаружен лед, тол­щина которого около 45 м. Предпола­гается, что ледяная толща образова­лась около 5 млн. лет назад, так как количество ударных кратеров на этом участке невелико.

Причины поступления огромной массы воды в столь короткое время остаются неясными, так же, как и ее источник. Некоторые исследователи предполагают, что вода была грун­товой, то есть безнапорной, и двига­лась от поднятия Фарсида по прони­цаемым породам под криосферой. Поскольку события происходили в приэкваториальной области, криосфера здесь не должна быть очень толстой (предполагается, что сейчас она распространяется на глубину от 150 до 500 м). До наводнения здесь не было осадочных пород, поверхность покрывала толща базальтов. Замер­зшая вода могла содержаться в тек­тонических трещинах и газовых пустотах. Чем же был представлен тот водоносный слой, проницае­мость которого в 300 раз больше, самой проницаемой породы на Зем­ле? Вряд ли это были эффузивы (из­верженные породы) — базальты или даже их туфы. При рассчитан­ной проницаемости водоносного слоя на Марсе 3,2x10-7 м2 коэффи­циент проницаемости составляет ~26 м/сутки. Он лишь в 3-4 раза превышает водопроницаемость га­лечников, которая на Земле дости­гает 200-300 м3/сутки. Таким обра­зом, можно предположить, что водоным горизонтом, питающим во­дой грабен Мемнония, могли быть олиты, то есть мощный, толщина ж в сотни метров, слой импактных "рекчий, горизонт ударно-взрыв­ных обломков, образовавшийся на раннем этапе формирования плане­ты Марс и залегающий под покровом базальтов. Если толщина покрова ба­зальтов в грабене Мемнония менее полутора километров, то водоносный горизонт здесь раскрывается, обес­печивая колоссальный приток воды и затопление грабена за короткое время. Можно предположить также, что водопроводящими являются ла­вовые трубы, подобные обнаружен­ным на фланге вулкана Павония (Pavonis Mons) в центре Фарсиды. Они представляют собой направленные от жерла вулкана следы каналов, где лава текла сквозь подземные тунне­ли под тонкой затвердевшей коркой. Трубы пустые, а поскольку поверх­ность над ними обрушилась, они об­разуют очень длинные (десятки ки­лометров), но тонкие (десятки и сот­ни метров) "долины", хорошо замет­ные на лавовой поверхности Марса. Иногда плотность труб на единицу поверхности очень большая, они об­разуют серии, которые могут пропустить большое количество воды, вполне достаточное, чтобы обеспе­чить рассчитанный отток воды в сис­теме Мангала (около 5 млн. м3/с).

Неясным пока остается источник воды. Большинство исследователей полагает, что это ископаемый лед, растаявший от внутреннего марсиан­ского тепла, например, во время из­вержений вулканов. Возможно, они правы, так как запасы воды не беско­нечны, они исчерпались за 1-3 меся­ца. Талая вода вылилась на поверх­ность, а затем ее уровень упал. Нет сомнений, что последующие исследо­вания Марса, как с орбиты, так и с по­мощью посадочных аппаратов, поз­волят ответить на перечисленные вопросы и поставить новые.

Владислав Шумлянский,

доктор геолого-минералогических наук, профессор