Марсіанський ґрунт «підказав», яким був клімат Червоної планети, коли на ній було багато води

Три мільярди років тому поверхня Марса була багата на воду, а над нею панувала щільна атмосфера — тобто існували гідрологічний цикл та повноцінний клімат. Але яким саме він був? Теплим і вологим на зразок земних тропіків чи холодним і посушливим, як Арктика з Антарктикою? Від цього залежить розмаїтість і образ екосистеми, що існувала на Червоній планеті. Щоб відповісти на ці важливі питання, американські геологи знайшли на землі грунти, аналогічні марсіанським.

Варто зазначити, що ґрунтів, повністю ідентичних марсіанським, на Землі знайти, швидше за все, неможливо — надто різняться умови на двох планетах. І розрізнялися у минулому, звичайно. Однак кожна порода має свою історію формування, яка для земних прикладів може бути докладніше вивчена. Тому, якщо знайти на Землі ґрунти, схожі на марсіанські, з’явиться можливість обґрунтовано припустити, які умови раніше існували на Червоній планеті.

За майже 12 років роботи в кратері Гейла марсохід Curiosity зібрав велику кількість даних про ґрунти, які там зустрічаються. Ця місцевість — дно озера, яке існувало між чотирма та трьома мільярдами років тому.

Там зустрічаються осадові породи, мінерали, що формувалися в присутності води, а також особливий клас ґрунтів: так звані рентгеноаморфні матеріали ( X-ray amorphous material ). Це означає, що в них дифракція рентгенівського випромінювання випадкова, вони позбавлені регулярної кристалічної структури і є буквально гелеподібною кашею з мікро- і наночастинок різних порід. Важливе уточнення: не варто плутати такі матеріали з аморфними, це різні поняття.

Ровер Curiosity оснащений інструментом CheMin (Chemistry and Mineralogy), який серед іншого призначений для вивчення структури марсіанських мінералів та порід методом дифракції ренгенівського випромінювання. Результати його роботи показують, що ґрунти в кратері Гейла складаються з рентгеноаморфних матеріалів на 15-73 відсотки за масою. При цьому їх хімічний склад характерний для ультраосновних порід: він відрізняється високим вмістом заліза (до 43 відсотків) та кремнію (до 76 відсотків), але низьким – алюмінію (менше 11 відсотків).

Ще одна ключова властивість цих ґрунтів — присутність летких компонентів (води, вуглекислого газу та оксиду сірки), що вказує на їх як мінімум частково ерозійне походження.

Знайти на Землі аналогічні ґрунти непросто. Високий вміст рентгеноаморфних матеріалів зустрічається в льодовикових відкладах, гавайських грунтах та деяких локаціях заповідника Джон-Дей-Фоссил-Бедс (штат Орегон). Але хімічний склад цих земних грунтів сильно відрізняється — зокрема, вони набагато багатші на алюміній.

Тому американські геологи вирішили спочатку вибрати відповідні за хімічним складом зразки — ультраосновні ґрунти (серпентинові), що вивітрилися, а потім визначити в утворених ними ґрунтах вміст рентгеноаморфних матеріалів.

Вибір вчених упав на гори Кламат у Каліфорнії, містечко Пікхандл-Галч посеред пустелі у Неваді (США) та гори Тейбллендс у Ньюфаундленді (Канада). Вдалося знайти підходящі за хімічним складом породи, проте ні в гірському середземноморському кліматі, ні в пустельній достатній кількості ренгеноаморфних матеріалів вчені не виявили. Натомість холодний субарктичний пояс виявився потраплянням майже до яблучка. Властивості деяких ньюфаундлендських ґрунтів виявилися дуже близькими до марсіанських ґрунтів із кратера Гейла.

Це дозволяє з великою впевненістю припустити, що клімат Червоної планети був сухим і прохолодним з переважанням снігових опадів. При цьому під час формування рентгеноаморфних порід, тобто геологічно значущого періоду в сотні тисяч або навіть мільйони років, на Марсі не було великих перепадів температур.

Конкретні механізми формування таких ґрунтів, як і раніше, залишаються не до кінця ясними. Імовірно, вся справа у певному енергетичному балансі між частинками рентгеноаморфних матеріалів, що встановлюється у присутності холодної води, близької до точки замерзання.

Наукова робота з докладним описом методів дослідження та його результатами опублікована в журналі Communications Earth and Environment, що рецензується, текст знаходиться у відкритому доступі. Серед її авторів — співробітники Інституту дослідження пустель (DRI), Університету штату Невада в Лас-Вегасі (UNLV), Космічного центру імені Ліндона Джонсона (NASA JSC) та Державного університету Арізони.