Роль углекислого газа в формировании марсианских оврагов подтвердили экспериментально

Группа исследователей из Ирландии и США с помощью лабораторного эксперимента показала, что к формированию характерных оврагов поверхности Марса может приводить сублимация углекислого газа. Эти результаты подтвердили модели, которые раньше были предложены на основании спектроскопических данных и компьютерного моделирования. Работа опубликована в Scientific Reports.

Для рельефа поверхности Марса характерно наличие извилистых оврагов и изначально считалось, что они образовались под действием водных потоков. Теперь ученые считают, что за возникновение таких образований на поверхности ответственны процессы кристаллизации углекислого газа из атмосферы и последующей сублимации (переходу из твердого состояния в газообразное) летом. Такие гипотезы подтверждаются обнаружением в зонах с большим количеством оврагов кристаллов льда CO₂ и отсутствием слоистых силикатов, а также данными компьютерного моделирования. Тем не менее на сегодняшний день все оценки и модели являются качественными, и не подтверждены количественно.

В своей новой работе ирландские исследователи решили экспериментально проверить, может ли в условиях атмосферы Марса сублимация углекислого газа приводить к образованию на марсианском грунте извилистых оврагов. Для этого авторы работы сначала детально изучили фотографии поверхности Марса, чтобы определить возможные типы и форму этих образований. Основных типов таких образования на поверхности Марса можно выделить два: это или протяженные овраги различной формы, чаще всего сильно искривленной, или отдельно располагающиеся не связанные друг с другом круглые в сечении ямы.

Для того, чтобы показать, что к образованию таких оврагов действительно могла приводить сублимация, провели следующий эксперимент. Камера с атмосферой углекислого газа, пониженной влажностью и температурой около −80 градусов Цельсия заполнялась грунтом с зернами размером от 4 до 300 микрон, характерным для разных участков поверхности Марса. Для оценки размеров использовался поправочный коэффициент, который учитывает разницу силы тяжести на Земле и Марсе. 

На поверхность грунта помещался блок льда CO2. Начало сублимации исследователи инициировали, перемещая блок углекислого газа вдоль поверхности. Это приводило к возбуждению механизма криовентиляции: формированию испаряющихся с большой скоростью потоков газа между CO₂ и грунтом. Сначала формировалось углубление большой площади сразу подо всем ледяным блоком, после чего струи газа начинали проникать вглубь поверхности, что приводило к выбросу частичек грунта наружу и образованию более мелких углублений. При этом форма и размер углублений зависели от размеров зерен, и формировались как отдельные ямки, так и протяженные борозды нескольких форм.

Оказалось, что форма формирующихся при этом ям и борозд соответствует тем образованиям, которые можно обнаружить на Марсе, и могут быть масштабированы до длины в десятки метров. Это подтверждает предложенный сценарий их появления в результате действия углекислого газа, а не водных потоков.

Несмотря на то, что вода, по всей видимости, не имеет отношения к формированию поверхностных оврагов, она может быть источником других поверхностных образований на поверхности планеты. В частности, марсоход «Кьюриосити» обнаружил силикатные отложения песка и борозды на поверхности каменных плит. До этого на Марсе было обнаружено замерзшее приповерхностное озеро. Все эти данные свидетельствуют, что вода на Марсе существовала около двух с половиной миллиардов лет назад.

Александр Дубов