Curiosity находит свидетельства существования древних ледяных озер Марса

Используя данные анализа проб в приборе Mars (SAM) на марсоходе Curiosity НАСА, исследователи обнаружили, что некоторые минералы в горных породах кратера Гейл, древнего бассейна шириной 150 км, который исследует Curiosity, возможно, образовались в покрытом льдом озере во время холодной стадии, зажатой между более теплыми периодами, или после того, как Марс потерял большую часть своей атмосферы и начал постоянно охлаждаться. Их результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Кратер Гейл был выбран в качестве места посадки Curiosity в 2012 году, потому что он имел признаки прошлой воды, включая глинистые минералы. Действительно, исследуя основание горы Шарп, горы в центре кратера, марсоход обнаружил слой отложений толщиной 304 метра, который был отложен в виде грязи в древних озерах.
Чтобы образовать такое количество осадков, в эти озера должно было стекать невероятное количество воды в течение миллионов-десятков миллионов теплых и влажных лет. Но некоторые геологические особенности в кратере также намекают на прошлое, которое включало холодные, ледяные условия.
“В какой-то момент поверхностная среда Марса, должно быть, испытала переход от теплой и влажной к холодной и сухой, как это происходит сейчас, но точно, когда и как это произошло, все еще остается загадкой”, - сказала доктор Хизер Франц, геохимик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.
- Такие факторы, как изменение наклона поверхности Марса и уровень вулканической активности, могли привести к тому, что марсианский климат со временем стал чередоваться между теплым и холодным. Эта идея подтверждается химическими и минералогическими изменениями в марсианских породах, показывающими, что одни слои образовались в более холодных средах, а другие-в более теплых.”
Доктор Франц и его коллеги нашли доказательства существования холодной древней среды после того, как Сэм извлек углекислый газ и кислород из 13 образцов пыли и горных пород.
После того как Curiosity передал Сэму образцы породы и пыли, лаборатория нагрела каждый из них до 900 градусов Цельсия, чтобы освободить газы внутри. Глядя на температуру печи, которая выделяет углекислый газ и кислород, ученые могли бы сказать, из каких минералов исходят эти газы. Эта информация помогает им понять, как происходит круговорот углерода на Марсе.
Различные исследования показали, что древняя атмосфера Марса, содержащая в основном углекислый газ, возможно, была толще, чем сегодня на Земле. Большая его часть была потеряна в космосе, но некоторые из них могут храниться в горных породах на поверхности планеты, особенно в виде карбонатов, которые представляют собой минералы, состоящие из углерода и кислорода.
На Земле карбонаты образуются, когда углекислый газ из воздуха поглощается океанами и другими водными объектами, а затем минерализуется в горные породы. Исследователи считают, что тот же процесс произошел и на Марсе, и что он может помочь объяснить, что произошло с некоторыми из марсианских атмосфер. Тем не менее, миссии на Марс не обнаружили достаточного количества карбонатов на поверхности, чтобы поддерживать плотную атмосферу.
Тем не менее, те немногие карбонаты, которые Сэм действительно обнаружил, открыли кое-что интересное о марсианском климате через изотопы углерода и кислорода, хранящиеся в них. Поскольку различные химические процессы, от образования горных пород до биологической активности, используют эти изотопы в различных пропорциях, соотношение тяжелых и легких изотопов в горной породе дает ученым ключ к пониманию того, как она образовалась.
В некоторых из обнаруженных Сэмом карбонатов ученые заметили, что изотопы кислорода были легче, чем в атмосфере Марса. Это говорит о том, что карбонаты образовались не так давно просто из атмосферного CO2, поглощенного в озеро. Если бы они это сделали, то изотопы кислорода в горных породах были бы немного тяжелее, чем в воздухе.
Хотя вполне возможно, что карбонаты образовались очень рано в истории Марса, когда состав атмосферы был немного иным, чем сегодня, доктор Франц и соавторы предполагают, что карбонаты, скорее всего, образовались в замерзающем озере.
В этом случае лед мог бы всасывать тяжелые изотопы кислорода и оставлять самые легкие для образования карбонатов позже.
"Низкое обилие карбонатов на Марсе вызывает недоумение", - заявили авторы исследования.
“Если в кратере Гейла не так уж много этих минералов, то, возможно, ранняя атмосфера была тоньше, чем предполагалось. Или, может быть, что-то еще хранит недостающий атмосферный углерод.”
Основываясь на их анализе, исследователи предполагают, что часть углерода может быть поглощена другими минералами, такими как оксалаты, которые хранят углерод и кислород в другой структуре, чем карбонаты.
Их гипотеза основана на температуре, при которой углекислый газ выделялся из некоторых образцов внутри Сэма — слишком низкой для карбонатов, но вполне подходящей для оксалатов — и на других соотношениях изотопов углерода и кислорода, которые ученые видели в карбонатах.