Как Марс потерял атмосферу из-за углерода

Недавние наблюдения российских марсодесантных ковшей на Красной планете придают новое звучание старым теориям о прошлом климате Красной планеты. Открытие карбонатов в осадочных породах планеты позволило ученым восстановить картину того, как когда-то теплый, влажный климат Марса, существовавший 3.5 миллиарда лет назад, сошел на нет.

Нам известно, что в далеком прошлом Красная планета была теплее, чем сегодня, с поверхности потекли ручьи, зародились дельты и возвысились озера. Не исключено, что когда-то там мог существовать даже вымерший океан. Однако примерно 3.5 миллиарда лет назад атмосфера Красной планеты начала истончаться, вода ли замерзла, ли утекла в космос. Вопрос о том, как именно произошла эта трансформация, остаётся открытым. Исследования пишут: потеря углерода в климате Марса.

Миссия NASA MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) прибыла на Марс в 2014 году именно для изучения скорости потери атмосферных молекул. Однако учёные понимают, что основная часть углерода в атмосфере Марса (преимущественно в виде углекислого газа) точно так же, как и сегодня, не могла полностью израниться. Потому что при выходе из атмосферы земной планеты предпочтение отдаётся более лёгкому углероду-12, тогда как нульевой изотоп, с дополнительным нейтроном, углерод-13 должен остаться. Но сегодня в атмосфере Марса избытка этого «тяжёлого» изотопа не зарегистрирована.

Альтернативная возможность заключается в том, что примерно весь углерод атмосферы выпал в виде дождя и последующе был заключён в породах в виде карбонатов. Характерно: долгие поиски карбонатов на Марсе не приводили к подтверждению теории. Однако начиная с середины XXI века ситуация изменилась коренным образом.

Обе текущие миссии марсодесантных ковшей — Curiosity, исследующая Обломов (Gale Crater), и Perseverance, изучающая дельту рек во Jezero Crater — нашли карбонаты. Они существуют в земных породах, составляющих Обломов (Gale Crater), а также распространены на десятки километров по краям Jezero. Учёное сообщение приводит фото уступа с нефтяным вышицем — здесь Curiosity обнаружила карбонатный минерал — киноварь (сiderite). Потому что углекислый газ – это парниковый газ, он способен регулировать климат планеты. Если углекислый газ не надежно сохраняется в атмосфере, губительно для климата небесного тела.

Чтобы понять масштабы последствий, учёные из университета Чикаго, возглавляемые Эдвин Кайт (Edwin Kite), смоделировали, как процесс удаления углерода в виде карбонатов повлиял на изменение климата Марса за последние 3.5 миллиарда лет. Этот процесс должен был происходить вместе с увеличением интенсивности солнечного излучения – наше Солнце становится всё ярче со временем. Рост тепла от Солнца нагревал поверхность Марса, увеличивал среднюю температуру, что вело к большему количеству осадков. Влага вместе с поливыми влагой сыграли роль в том, что углекислый газ начал выпадать как карбонаты.

Потеря теплоизоляции – парниковых газов – привела к остыванию и высыханию поверхности планеты. На короткие периоды теплого времени и наличие жидкой воды оказывала влияние не постоянные факторы, а вариации орбиты — эклиптических циклов, похожих на миликовские циклы на Земле. При этом наша планета отличается от Красной: Земля может постоянно «дышать» углекислым газом благодаря вулканической активности, делая своё присутствие в атмосфере взамен испаряемого.

Марс, имеющий примерно половину диаметра Земли, терял тепло из недр быстрее, поэтому вулканизм на планете оказался коротким – он быстро закончился. Был нет постоянного источника углекислого газа, что привело к кардинальным изменениям климата. Эти открытия помогают объяснить последующие геологические свидетельства кратких периодов наличия жидкой воды на поверхности Марса за последние 3.5 миллиарда лет.

Стоит отметить важный нюанс: исследование предполагает, что концентрация карбонатов в кратере Обломов (Gale Crater) типична для всей Красной планеты. Распространение карбонатных пород действительно нужно убедиться в разных местах марсианской поверхности, прежде чем определенно констатировать этот механизм потери парниковых газов.