Геологические и геоморфологические данные указывают на то, что древний Марс имел большие объемы жидкой воды. На поверхности Красной планеты до сих пор сохранились пересохшие русла рек, котловины древних озер и океанов. Традиционно считается, что большая часть воды покинула Марс из-за слабой гравитации в течение первого миллиарда лет существования планеты.
Исследователи из Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивного движения NASA поставили под сомнение эту гипотезу. Они подсчитали, что около четырех миллиардов лет назад на Марсе было достаточно воды, чтобы покрыть всю планету океаном глубиной от 100 до 1500 метров. По объему это примерно соответствует половине Атлантического океана Земли.
"Атмосферный выброс не может полностью объяснить имеющиеся у нас данные о том, сколько воды когда-то существовало на Марсе", — приводятся в пресс-релизе Калифорнийского технологического института слова руководителя исследования Евы Шеллер (Eva Scheller).
Авторы с помощью комплекса методов — анализа химического состава текущей атмосферы и коры планеты, анализа метеоритов, данных марсоходов и орбитальных аппаратов — оценили объем воды во всех ее формах (пар, жидкость и лед), заключенный в коре Марса сегодня, а также — с помощью изотопного отношения дейтерия к водороду в атмосфере и горных породах — скорость ее потери в ходе геологической истории.
Вода состоит из водорода и кислорода, однако не все атомы водорода одинаковые. Подавляющее большинство из них имеют один протон в ядре, в то время как крошечная часть — около 0,02 процента — существует в виде дейтерия или так называемого тяжелого водорода, в ядре которого есть протон и нейтрон.
Тяжелый водород сильнее удерживается гравитационным полем планеты, поэтому со временем происходит увеличение отношения дейтерия к водороду в атмосфере. По этому показателю ученые судят о том, сколько было воды изначально и какая доля из этого количества улетучилась, а какая накопилась в минералах и осталась.
Результаты моделирования показали, что в течение нойского периода — примерно с 4,1 до 3,7 миллиарда лет назад — объем воды на поверхности Марса уменьшился на 40–95 процентов, при этом от 30 до 99 процентов марсианской воды было поглощено минералами в процессе гидратации. Впоследствии некоторое количество вернулось обратно с вулканическими газами, но этого было недостаточно для восстановления гидросферы планеты, считают ученые.
При взаимодействии воды с горными породами происходит их выветривание, или гидратация, то есть они накапливают воду. Этот процесс происходит как на Земле, так и на Марсе. Но, поскольку Земля тектонически активна, старая кора постоянно растворяется в мантии и возвращает воду в атмосферу посредством вулканизма. Марс в целом тектонически неактивен, и поэтому "высыхание" поверхности здесь происходило безвозвратно.
"Вся эта вода была изолирована довольно рано, и затем никогда не возвращалась обратно", — объясняет Шеллер.
"Утечка из атмосферы явно тоже сыграла роль в потере воды, но результаты последних десяти лет миссий на Марс указывают на тот факт, что существует огромный резервуар древних гидратированных минералов, образование которых определенно уменьшило доступность воды с течением времени", — добавляет еще один автор статьи Бетани Элманн (Bethany Ehlmann), профессор планетологии и заместитель директора Института космических исследований имени Кека.
Авторы планируют продолжить изучение процессов, в результате которых поверхностная вода Марса была законсервирована в горных породах, используя лабораторные эксперименты, моделирующие марсианские процессы выветривания, а также анализируя новые данные марсохода Perseverance.