Российский ученый обнаружил на Марсе признаки водных грязевых потоков

Северный полярный регион Марса занимает обширная низменность — Ваститас Бореалис (Vastitas borealis), что по латыни означает Северная пустошь, а в русском языке ее называют Великой северной равниной.

Эта низменность могла бы напоминать Арктическую полярную область на Земле, заполненную океаном. Но Марс сухой, по крайней мере, уже 3,5 миллиарда лет. Только ветер гоняет пыль на его израненной метеоритами поверхности. Мог ли Марс быть иным в прошлом? Плескался ли там океан? Неслись ли со склонов бурные реки? Чтобы это понять, ученые внимательно изучают материал, которым заполнена низменность — формацию Ваститас Бореалис. Задача не из простых. И на Земле геологам порой не удается выяснить происхождение того или иного участка земной коры. На Марсе же эта задача превращается в сложнейший квест, требующий запуска космических аппаратов и роботов-планетоходов с точнейшими приборами.


В 1980-х годах орбитальные и спускаемые аппараты проекта «Викинг» передали снимки марсианской поверхности. Изучая эти снимки, геолог Тимоти Паркер (Timothy Parker) с коллегами из Калифорнийского технологического института разглядел зону контакта суши и моря вокруг северной равнины. Он выдвинул гипотезу, что Ваститас Бореалис — это реликт древнего океана и очертил его контуры. Статью об этом он опубликовал в 1989 году.

Гипотеза древнего океана на севере Марса стала популярной, ученые из разных стран занялись ее проверкой. Но до сих пор вопрос открыт, и о происхождение формации Ваститас Бореалис нет единого мнения. За разъяснением Научная Россия обратилась к старшему научному сотруднику лаборатории сравнительной планетологии ГЕОХИ РАН Михаилу Иванову, который изучает геологию этого района Марса. Сейчас он находится в командировке в Институте планетологии в Вестфальском университете имени Вильгельма в Мюнстере (Германия).

«Дело в том, что океанская гипотеза имеет важное проверяемое следствие: контакт между формацией Ваститас Бореалис и южным материком должен находиться на одном гипсометрическом уровне, если он представляет собой «береговую линию» древнего океана, — рассказал Михаил Арсеньевич. — Такая проверка была сделана после получения первых данных высокоточного лазерного альтиметра MOLA на борту орбитера Mars Global Surveyor. Измерения высоты контакта в разных местах показали, что он действительно располагается примерно на одном уровне, что согласуется с гипотезой океана. Тем не менее, контакт не везде находится на одной высоте, и это дает основания многим исследователям сомневаться в правильности гипотезы Паркера».

В пользу гипотезы океана служат так называемые каналы истечения. Это гигантские структуры на поверхности Марса, которые образовались из-за больших потоков воды. Ширина каналов составляет сотни километров, длина — тысячи. Об их водном происхождении было известно задолго до гипотезы Паркера. Эти каналы одного возраста с формацией Ваститас Бореалис, и она даже залезает в их окончания. По каналам истечения вполне могли идти гигантские объемы воды, которых хватило бы на заполнение низменности.

Только представлять себе этот марсианский океан по аналогии с земным океаном будет неправильно, пояснил Михаил Иванов. Выглядел он совершенно иначе (если он вообще был). Катастрофический сброс воды с юга по каналам заполнил низменность. Обломочный материал, вынесенный в низменности северных равнин, отложился на дне. По словам ученого, это была «гигантская, грязная лужа. Источниками воды для нее служили, скорее всего, каналы истечения, которые, в отличие от земных рек, представляют собой просто короткоживущие протоки, не связанные с той самой циркуляцией воды в природе, которая питает наши реки». Все это могло произойти примерно 3,5 миллиарда лет назад — в раннегесперийскую эру, согласно геохронологии Марса. Атмосферные условия на планете тогда, видимо, были такие же как сейчас, поэтому вода не может долго сохранятся в жидком виде, она замерзает, потом испаряется. Просуществовал океан-лужа недолго — десятки или сотни тысяч лет, а потом высох.

Контакты, картированные Паркером, сейчас уже не выглядят надежным свидетельством расположения древней береговой линии. Некоторые из них оказались явно вулканического происхождения, некоторые не сходятся по высоте. Но отсутствие береговой линии не означает, что воды в Великой северной равнине не было. Есть другие доказательства, и находятся они в формации Ваститас Бореалис. Ученые изучают разные детали ее строения, которые можно интерпретировать как имеющие водное происхождение. Это и конусы, оставленные грязевыми вулканами, и полигональные структуры, и следы водных потоков.

Как раз признаки водных грязевых потоков обнаружил в равнинах Утопии и Ацидалии Михаил Иванов из Института геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН с коллегами. Эти равнины представляют собой впадины северной на территории Ваститас Бореалис. Если бы там существовал океан, то Утопия и Ацидалия были бы самыми глубокими резервуарами. Поэтому, если где и сохранились следы водного периода Ваститас Бореалис, то искать их нужно в Утопии и Ацидалии. «Ацидалия, кроме того, непосредственно примыкает к устьям каналов истечения, и вода из каналов в первую очередь должна была накапливаться в этом регионе. Утопия удалена от каналов и могла бы представлять собой изолированный регион», — пояснил Михаил Иванов. Остается неясным, существовали ли они раздельно или были единой «грязной лужей». Учитывая, что грязевые потоки примерно одинакового возраста есть в обоих районах, то это веское подкрепление гипотезы единого океана. Статья с результатами этого открытия опубликована в декабре 2014 года журнале Icarus.

Еще один аргумент в пользу участия воды в образовании пород Ваститас Бореалис — слои глины в Ацидалии, которые описаны в работе Марка Сальваторе (Mark Salvatore) и Филипа Кристенсена (Philip Christensen) из Аризонского университета, опубликованной недавно в журнале Journal of Geophysical Research — Planets. Исследователи обнаружили слои глины по спектральным данным на стенках ударных кратеров. Глина на Марсе — это очень важный показатель того, что там была вода, потому что без нее она образоваться никак не могла, вернее, входящие в ее состав минералы. Глинистые прослои прослеживаются на большой площади в сотни квадратных километров благодаря ударным кратерам, которые пробивают поверхность. По словам Михаила Иванова, «ударные кратеры на Марсе — своего рода природные буровые скважины, вскрывающее то, что находится под поверхностью». А раз есть глинистый горизонт такой площади, то для его образования нужно было много воды. Получается, что, по крайней мере, в Ацидалии могло существовать море, и открытые Ивановым грязевые потоки хорошо вписываются в эту гипотезу.

Международный проект по изучению формации Ваститас Бореалис, в котором участвует Михаил Иванов, поддерживает Немецкое научно-исследовательское общество. В будущем году проект будет продолжен, и ученые займутся детальным картированием границ Северной пустоши.

Открытыми остаются вопросы, откуда взялось огромное количество воды на Марсе, чтобы заполнить северную низменность, и куда потом она делась? Еще в 2003 году Майкл Карр (Michael Carr) из Геологической службы США и Джеймс Хэд (James Head) из Брауновского университета подсчитали, что для образования Ваститас Бореалис потребовалось бы 2,3x107 кубических километров воды. Они полагают, что часть этого объема хранится в ледовых полярных шапках Марса, часть улетучилась в космос, а еще часть — неизвестно где. Но Тим Паркер, кажется, нашел недостающую воду. В прошлом году он предположил, что реликтовый океан до сих пор существует в Великой северной равнине, только мы его не видим, потому что он лежит под поверхностью в виде ледяного горизонта.