Учёные из Китая сделали открытие, которое проливает свет на раннюю историю Марса. Исследователи обнаружили доказательства того, что атмосферное окисление привело к тому, что Марс стал холодным и биполярным в своей ранней истории. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
Марс, как и Земля, образовался около 4,5 миллиардов лет назад. Однако его ранняя поверхность сильно отличалась от сегодняшней. Поверхность Марса тогда подвергалась большому количеству метеоритных и астероидных ударов в период, известный как «Поздняя тяжёлая бомбардировка». В то время Марс был тёплым и влажным, с ледяными возвышенностями и эпизодическим теплом.
Данные, полученные в последних миссиях, свидетельствуют о том, что на раннем Марсе преобладала атмосфера из углекислого газа с восстановительными газами, такими как водород. В восстановительной атмосфере окисление предотвращается отсутствием кислорода и других окисляющих газов, а восстановительный газ, такой как водород, легко поглощает любой кислород и превращается в воду.
Восстановительная атмосфера может создать сильный парниковый эффект, который мог сыграть значительную роль в потеплении раннего Марса. Поскольку интенсивность парникового потепления тесно связана с наличием восстановительных газов, окисление атмосферы тогда привело бы к похолоданию, наблюдаемому сегодня.
Гамма-спектрометр миссии Mars Odyssey — это измерительный прибор, установленный на космическом аппарате, который находится на орбите Марса с 2001 года и передаёт данные о геологии верхних 30 см поверхности Марса, такие как местоположение воды и идентификация элементов.
Более ранние исследования показали, что поверхностное содержание железа в местности, относящейся к Нойской эре, было относительно низким по сравнению с территориями Гесперианской эры и Амазонской эры, а также со средним содержанием железа на поверхности Земли.
Почему содержание железа на раннем Марсе было низким по сравнению с последними 3 миллиардами лет? Эволюция коры планеты не объясняет этого. Это могло быть вызвано жидкой водой на раннем Марсе, которая могла переносить некоторое количество железа ниже 30-сантиметрового диапазона глубины спектрометра, поскольку на подвижность железа влияют температура, кислотность, химия воды и окислительно-восстановительное состояние, которое является степенью окисления элемента, определяющей его химическое поведение.
Источник: Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-47326-0
Вместе с коллегами Цзячэн Лю из Гонконгского университета исследовал распределение поверхностного железа на древнем Марсе как в пространстве, так и во времени, используя результаты спектрометра Mars Odyssey. Учёные обнаружили, что обилие железа уменьшалось с высотой на раннем Марсе, в течение более древней Нойской эры, но уменьшалось с широтой в более поздних Нойских территориях.
Группа использовала глобальный геологический разрыв Марса для определения относительного возраста поверхности и относительного содержания железа. Эти данные дали лучшее понимание взаимосвязей между окислительно-восстановительными переходами и переходами климатических режимов.
«Наше открытие свидетельствует о том, что температура поверхности Марса постепенно менялась от режима, зависящего от высоты, к режиму, зависящему от широты, в сочетании с атмосферным окислением в Нойский период», — пишут авторы.
Одно из предположений заключается в том, что «выветривание и низкотемпературные условия способствовали истощению поверхностного железа, вероятно, обусловленному бескислородным выщелачиванием в результате циклов замораживания-оттаивания в восстановительной атмосфере». Выщелачивание — это процесс, который широко используется в добывающей металлургии, где чистые металлы извлекаются из их природных минеральных месторождений (руд).
Дальнейший анализ привёл к выводу, что, хотя низкие уровни pH (ниже 3) воды могут растворять железо, кислотное выщелачивание не может полностью объяснить истощение железа в обширной области поверхности Марса. Уменьшение интенсивности выщелачивания железа от раннего до позднего Нойского периода предполагает постепенное атмосферное окисление: по мере окисления атмосферы Марса её парниковый эффект уменьшался, что в конечном итоге привело к холодной и сухой планете со льдом на обоих полюсах.
«Окисление поверхности и атмосферы Марса привело к тому, что Марс стал холодным из-за миграции льда с высокогорий в полярные регионы», — сказал Лю. Он указывает, что некоторые учёные считают, что перигляциальная среда — недра Марса под толстой криосферой, которая сочетает стабильную, долгосрочную жидкую воду и тепло — может быть пригодной для жизни.