Тот факт, что на современном холодном и сухом Марсе несколько миллиардов лет назад протекали реки и озера, озадачивал ученых на протяжении десятилетий. Исследователи из Гарварда считают, что у них есть хорошее объяснение более теплого и влажного древнего Марса. Основываясь на предыдущих теориях, описывающих древний Марс как место, где было то жарко, то холодно, команда под руководством исследователей из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук определила химические механизмы, с помощью которых древний Марс мог поддерживать достаточное количество тепла в первые дни своего существования, чтобы на нем появилась вода и, возможно, жизнь.
«То, что на Марсе была жидкая вода, было загадкой, потому что Марс находится дальше от Солнца, а также потому, что Солнце на ранних этапах было слабее», — говорит Даника Адамс, ведущий автор новой работы в журнале Nature Geoscience.
Ранее предполагалось, что водород является волшебным ингредиентом, который, смешиваясь с углекислым газом в марсианской атмосфере, вызывал эпизоды парникового потепления. Но время жизни атмосферного водорода невелико, поэтому требовался более детальный анализ.
Ученые провели фотохимическое моделирование — аналогичное методам, используемым сегодня для отслеживания загрязнителей воздуха, — чтобы выяснить детали отношения ранней марсианской атмосферы к водороду и то, как оно менялось со временем.
«Ранний Марс — это потерянный мир, но его можно реконструировать в мельчайших деталях, если мы зададим правильные вопросы», — говорит Вордсворт, соавтор работы. «В этом исследовании впервые синтезированы химия атмосферы и климат, что позволяет сделать несколько поразительных новых предсказаний, которые можно будет проверить, когда мы доставим марсианские породы на Землю».
Адамс модифицировала модель под названием KINETICS, чтобы воссоздать, как сочетание водорода и других газов, реагирующих с землей и воздухом, управляло ранним марсианским климатом. Она обнаружила, что во время Ноахийского и Гесперийского периодов Марса, между 4 и 3 миллиардами лет назад, планета переживала эпизодические периоды потепления в течение примерно 40 миллионов лет, причем каждое событие длилось 100 000 или более лет. Эти оценки согласуются с геологическими особенностями Марса сегодня. Теплые и влажные периоды были вызваны гидратацией коры, или потерей воды из грунта, что обеспечило достаточное количество водорода, который накапливался в атмосфере в течение миллионов лет.
Во время перепадов между теплым и холодным климатом химический состав атмосферы Марса также менялся. CO2 постоянно подвергался воздействию солнечного света и преобразовывался в CO. В теплые периоды СО может перерабатываться обратно в СО2, делая СО2 и водород преобладающими. Но если в течение длительного времени было холодно, рециркуляция замедлялась, СО накапливался и атмосфера становилась более восстановленной, то есть в ней было меньше кислорода. Таким образом, окислительно-восстановительные процессы в атмосфере резко менялись с течением времени. «Мы определили временные шкалы для этих изменений», — говорит Адамс. «И описали все части в одной фотохимической модели».
Работа по моделированию дает потенциально новое понимание условий, которые поддерживали пребиотическую химию — основу последующей жизни, какой мы ее знаем, — в теплые периоды, и проблем, связанных с сохранением этой жизни в периоды похолодания и окисления. Адамс и другие исследователи приступили к поиску доказательств этих смен с помощью изотопно-химического моделирования и планируют сравнить полученные результаты с породами из предстоящей миссии Mars Sample Return.
Поскольку на Марсе, в отличие от Земли, отсутствует тектоника плит, поверхность, которую мы видим сегодня, похожа на ту, что была давным-давно, что делает историю озер и рек еще более интригующей. «Это отличный пример того, как планеты могут эволюционировать с течением времени», — говорит Адамс.
[Фото: ru.123rf.com]
