Новое исследование показало, что Марс, вероятно, имел холодное и ледяное прошлое

Край и дно кратера Гейла, вид с марсохода НАСА Curiosity. Автор: NASA

Вопрос о том, существовала ли когда-либо на Марсе жизнь, на протяжении десятилетий будоражил воображение ученых и общественности. Центральное место в открытии занимает понимание прошлого климата соседа Земли: была ли планета теплой и влажной, с морями и реками, похожими на те, что встречаются на нашей планете? Или он был холодным и ледяным и, следовательно, потенциально менее склонным к поддержанию жизни в том виде, в каком мы ее знаем? Новое исследование находит доказательства в пользу последнего, выявляя сходство между почвами, обнаруженными на Марсе, и почвами канадского Ньюфаундленда, холодного субарктического климата.

Более глубокое понимание того, как образовались эти материалы, могло бы помочь ответить на давние вопросы об исторических условиях на Красной планете. Почвы и скалы кратера Гейла отражают климат Марса между 3 и 4 миллиардами лет назад, во времена относительно большого количества воды на планете — и в тот же период времени, когда на Земле впервые появилась жизнь.

Марсоход НАСА Curiosity исследует кратер Гейла с 2011 года и обнаружил множество почвенных материалов, известных как «рентгеноаморфный материал». Этим компонентам почвы не хватает типичной повторяющейся атомной структуры, характерной для минералов, и поэтому их нелегко охарактеризовать с помощью традиционных методов, таких как дифракция рентгеновских лучей.

Когда рентгеновские лучи направляются на кристаллические материалы, такие как, например, алмаз, рентгеновские лучи рассеиваются под характерными углами, зависящими от внутренней структуры минерала. Однако рентгеноаморфный материал не оставляет таких характерных «отпечатков пальцев». Этот метод рентгеновской дифракции был использован марсоходом Curiosity, чтобы продемонстрировать, что рентгеноаморфный материал составляет от 15 до 73% образцов почвы и горных пород, протестированных в кратере Гейла.

«Вы можете представить себе рентгеноаморфные материалы, такие как желе», — говорит Фельдман. «Это суп из различных элементов и химикатов, которые просто скользят друг мимо друга».

Марсоход Curiosity также провел химический анализ образцов почвы и горных пород и обнаружил, что аморфный материал богат железом и кремнеземом, но лишен алюминия. Помимо ограниченной информации о химических свойствах, ученые еще не понимают, что это за аморфный материал и какое значение его присутствие имеет для исторической среды Марса. Раскрытие дополнительной информации о том, как эти загадочные материалы формируются и сохраняются на Земле, может помочь ответить на насущные вопросы о Красной планете.

Фельдман и его коллеги посетили три места в поисках подобного рентгеноаморфного материала: плоскогорья национального парка Грос-Морн в Ньюфаундленде, горы Кламат в Северной Калифорнии и западную Неваду. На этих трех участках были серпентиновые почвы, которые, как ожидали исследователи, были химически похожи на рентгеноаморфный материал в кратере Гейла: богатые железом и кремнием, но лишенные алюминия.

Эти три места также предоставили данные о количестве осадков, снегопадов и температур, которые могли бы помочь понять тип условий окружающей среды, которые производят аморфный материал и способствуют его сохранению.

Место исследования на плоскогорье Ньюфаундленда. Автор: Anthony Feldman/DRI

На каждом участке исследовательская группа исследовала почвы с помощью рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии, что позволило им увидеть почвенный материал на более детальном уровне. В субарктических условиях Ньюфаундленда образовались материалы, химически похожие на те, что были обнаружены в кратере Гейла, но также лишенные кристаллической структуры. Почвы, произрастающие в более теплом климате, например в Калифорнии и Неваде, этого не сделали.

«Это показывает, что для образования этих материалов вам нужна вода», — говорит Фельдман. «Но для того, чтобы сохранить аморфный материал в почве, необходимы холодные, близкие к нулю среднегодовые температурные условия».

Аморфный материал часто считается относительно нестабильным, а это означает, что на атомном уровне атомы еще не организовались в свои окончательные, более кристаллические формы.

«В кинетике (или скорости реакции) происходит что-то, что замедляет ее, чтобы эти материалы могли сохраняться в геологических временных масштабах», — говорит Фельдман. «Мы предполагаем, что очень холодные условия, близкие к температуре замерзания, являются одним из конкретных кинетических ограничивающих факторов, которые позволяют этим материалам формироваться и сохраняться».

«Это исследование улучшает наше понимание климата Марса», — добавляет Фельдман. «Результаты показывают, что обилие этого материала в кратере Гейла соответствует субарктическим условиям, подобным тем, которые мы могли бы наблюдать, например, в Исландии».

Больше информации: Anthony D. Feldman et al, Fe-rich X-ray amorphous material records past climate and persistence of water on Mars, Communications Earth & Environment (2024). DOI: 10.1038/s43247-024-01495-4

Источник: Desert Research Institute