Новое исследование раскрывает холодное ледяное прошлое Марса

Новое исследование обнаружило важные подсказки, скрывающиеся в почве Красной планеты.

Недавние исследования сравнивают почву Земли и… Марс Исследование предполагает, что исторический климат Марса был холодным и субарктическим, похожим на климат Ньюфаундленда. Исследование было сосредоточено на аморфных материалах в почве кратера Гейла, которые, возможно, сохранились в условиях, близких к замерзанию, что дает новое понимание условий окружающей среды Марса и возможности жизни на нем.

Исследование прошлого климата Марса через почву Земли

Вопрос о том, поддерживала ли когда-то на Марсе жизнь, десятилетиями занимал воображение ученых и общественности. Суть этого открытия состоит в том, чтобы получить представление о климате соседней планеты в прошлом: была ли планета теплой и влажной, с морями и реками, очень похожими на те, что на нашей планете? Или оно было слишком холодным и ледяным и поэтому, возможно, с меньшей вероятностью поддерживало жизнь в том виде, в каком мы ее знаем?

Новое исследование обнаружило доказательства, подтверждающие эту точку зрения, выявив сходство между почвами, обнаруженными на Марсе, и почвами, найденными в канадском Ньюфаундленде, регионе с холодным субарктическим климатом.

Край и дно кратера Гейла, вид с марсохода НАСА Curiosity. Изображение предоставлено: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех.

Результаты анализа почвы кратера Гейла

Исследование опубликовано в журнале Связь с Землей и окружающей средой 7 июля, Ученые искали на Земле почву, содержащую материалы, подобные тем, что были найдены в кратере Гейла на Марсе. Ученые часто используют почву для описания истории окружающей среды, поскольку присутствующие минералы могут рассказать историю эволюции ландшафта с течением времени. Более глубокое понимание того, как формируются эти материалы, может помочь ответить на давние вопросы об исторических условиях на Красной планете. Почва и скалы кратера Гейла отражают климат Марса между 3 и 4 миллиардами лет назад, в период относительного изобилия воды на планете — в тот же период времени, когда на Земле впервые появилась жизнь.

«Кратер Гейла — это древнее дно озера, и там явно была вода», — говорит Энтони Фельдман, почвовед и морфолог земли, который сейчас работает в DRI. «Но каковы были условия окружающей среды, когда там была вода? «Непосредственно на поверхность Марса, потому что условия на Марсе и Земле очень разные, но мы можем посмотреть на тенденции в земных условиях и использовать их, чтобы попытаться экстраполировать вопросы о Марсе».

Место исследования находится в высокогорье Ньюфаундленда. Фото предоставлено: Энтони Фельдман/DRI

Проблемы анализа марсианских материалов

Марсоход НАСА Curiosity исследует кратер Гейла с 2011 года и обнаружил большое количество почвенного материала, известного как «аморфный рентгеновский материал». Этим компонентам почвы не хватает типичной повторяющейся атомной структуры, которая определяет минералы, и поэтому их невозможно легко охарактеризовать с помощью традиционных методов, таких как дифракция рентгеновских лучей. Когда рентгеновские лучи облучаются кристаллическими материалами, такими как алмаз, например, рентгеновские лучи рассеиваются под разными углами в зависимости от внутренней структуры металла. Однако рентгеноаморфное вещество не оставляет таких характерных «отпечатков пальцев». Curiosity использовал этот метод дифракции рентгеновских лучей, чтобы продемонстрировать, что рентгеноаморфное вещество составляет от 15 до 73% образцов почвы и горных пород, протестированных в кратере Гейла.

«Аморфные материалы, полученные с помощью рентгеновских лучей, можно представить как желе», — говорит Фельдман. — «Это смесь различных элементов и химических веществ, которые скользят друг по другу».

Марсоход Curiosity также провел химический анализ образцов почвы и горных пород и обнаружил, что аморфный материал богат железом и кремнеземом, но не содержит алюминия. Помимо ограниченной химической информации, ученые еще не понимают, что такое аморфная материя и что означает ее присутствие по отношению к исторической марсианской среде. Получение дополнительной информации о том, как эти загадочные материалы формируются и сохраняются на Земле, может помочь ответить на насущные вопросы о Красной планете.

Полевые исследования, моделирующие марсианские условия

Фельдман и его коллеги посетили три места в поисках аморфных материалов, похожих на рентгеновские лучи: плато национального парка Грос-Морн в Ньюфаундленде, горы Кламат в северной Калифорнии и западную Неваду. На этих трех участках были выветрелые почвы, которые, по прогнозам исследователей, были химически похожи на рентгеноаморфный материал в кратере Гейла: богатые железом и кремнием, но лишенные алюминия. На трех участках также предоставлены данные о количестве осадков, снегопадов и температур, которые могут помочь понять тип условий окружающей среды, которые производят аморфный материал и способствуют его сохранению.

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

«Это показывает, что для образования этих материалов здесь нужна вода», — говорит Фельдман, — «Но условия должны быть холодными, а среднегодовая температура близка к температуре замерзания, чтобы сохранить аморфный материал в почве».

Аморфные материалы часто рассматриваются как относительно нестабильные, 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 масштабах времени», — говорит Фельдман. «Мы предполагаем, что это очень холодные условия, близкие к замерзанию. ограничивающий фактор в движении, который позволяет этим материалам формироваться».

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

Ссылка: «Богатое железом аморфное рентгеновское вещество фиксирует климат прошлого и стойкость воды на Марсе», Энтони Д. Фельдман и Элизабет М. Хаусрат и Элизабет Б. Рампе, Валери Ту и Таня С. Беретязко, Кристофер ДеФеличе и Томас Шарп, 7 июля 2024 г. Связь с Землей и окружающей средой.
DOI: 10.1038/s43247-024-01495-4