Загадка марсианских речных долин и озер, существовавших миллиарды лет назад, когда поверхность планеты была, по всем признакам, непригодна для жидкой воды, долгое время занимала умы ученых. Новое исследование, проведенное в Гарвардской школе инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS), проливает свет на эту головоломку, представляя детальную картину циклической климатической истории раннего Марса.
Работа, опубликованная в журнале Nature Geoscience, показывает, что ранний Марс не был ни постоянно теплым, ни постоянно холодным. Напротив, планета переживала чередующиеся периоды потепления и похолодания, обусловленные сложными химическими процессами в атмосфере. Ключевую роль в этом сыграл водород (H), который выступал в роли «магического ингредиента», усиливающего парниковый эффект в сочетании с углекислым газом (CO2).
Используя фотохимическое моделирование, модифицированное Даникой Адамс, научным сотрудником НАСА имени Сагана и ведущим автором исследования, ученые смогли проследить, как водород мог накапливаться в атмосфере Марса. Этот процесс был связан с гидратацией коры, когда вода уходила в грунт, высвобождая водород, который затем попадал в атмосферу. Модель KINETICS, разработанная в рамках исследования, позволила отслеживать поведение этих газов.
Исследование показало, что ранний Марс переживал теплые периоды продолжительностью 100 000 лет и более, чередующиеся с более холодными периодами. Эти эпизодические потепления, которые продолжались до 40 миллионов лет, были обусловлены изменениями в атмосферной химии, в частности, в соотношении CO2, окисленного до CO. Этот процесс приводил к изменению окислительно-восстановительного состояния (редокс-состояния) атмосферы.
Смена редокс-состояния атмосферы Марса на протяжении геологических периодов, включая Нойский (около 4 миллиардов лет назад) и Гесперианский (завершившийся около 3 миллиардов лет назад), имела глубокие последствия для развития планеты. Теплые периоды создавали условия, потенциально благоприятные для пребиотической химии, в то время как холодные и окислительные фазы представляли значительные проблемы для возникновения и поддержания жизни.
Несмотря на то, что водород не задерживается в атмосфере долгое время, его роль в поддержании теплых периодов на Марсе была крайне важна. Точность проведенного фотохимического моделирования позволила определить, что для поддержания потепления требовались значительные объемы водорода, поступающие от гидратации коры. Использование методов, изначально разработанных для отслеживания загрязнения воздуха, оказалось весьма эффективным для изучения древней атмосферы Марса.
Отсутствие тектоники плит на Марсе, в отличие от Земли, делает его уникальной планетой для изучения геологической истории. Сохранившиеся свидетельства далекого прошлого Марса, в сочетании с новыми методами исследования, делают возможным воссоздать сложную климатическую картину. Сейчас Даника Адамс и другие исследователи используют химическое моделирование изотопов, чтобы найти подтверждение чередования теплых и холодных периодов на Марсе.
Ученые надеются, что миссия по возвращению образцов марсианских пород на Землю позволит получить новые данные, которые дадут возможность сравнить результаты моделирования с реальными образцами. Это позволит укрепить понимание динамики атмосферы Марса, а также потенциальных возможностей для существования жизни на планете. Исследования под руководством Робина Вордсворта, профессора экологической науки и инженерии имени Гордона Маккея в SEAS, не только открывают новые перспективы для понимания прошлого Марса, но и предоставляют ценные знания о развитии планет в целом.
Изображение носит иллюстративный характер
Работа, опубликованная в журнале Nature Geoscience, показывает, что ранний Марс не был ни постоянно теплым, ни постоянно холодным. Напротив, планета переживала чередующиеся периоды потепления и похолодания, обусловленные сложными химическими процессами в атмосфере. Ключевую роль в этом сыграл водород (H), который выступал в роли «магического ингредиента», усиливающего парниковый эффект в сочетании с углекислым газом (CO2).
Используя фотохимическое моделирование, модифицированное Даникой Адамс, научным сотрудником НАСА имени Сагана и ведущим автором исследования, ученые смогли проследить, как водород мог накапливаться в атмосфере Марса. Этот процесс был связан с гидратацией коры, когда вода уходила в грунт, высвобождая водород, который затем попадал в атмосферу. Модель KINETICS, разработанная в рамках исследования, позволила отслеживать поведение этих газов.
Исследование показало, что ранний Марс переживал теплые периоды продолжительностью 100 000 лет и более, чередующиеся с более холодными периодами. Эти эпизодические потепления, которые продолжались до 40 миллионов лет, были обусловлены изменениями в атмосферной химии, в частности, в соотношении CO2, окисленного до CO. Этот процесс приводил к изменению окислительно-восстановительного состояния (редокс-состояния) атмосферы.
Смена редокс-состояния атмосферы Марса на протяжении геологических периодов, включая Нойский (около 4 миллиардов лет назад) и Гесперианский (завершившийся около 3 миллиардов лет назад), имела глубокие последствия для развития планеты. Теплые периоды создавали условия, потенциально благоприятные для пребиотической химии, в то время как холодные и окислительные фазы представляли значительные проблемы для возникновения и поддержания жизни.
Несмотря на то, что водород не задерживается в атмосфере долгое время, его роль в поддержании теплых периодов на Марсе была крайне важна. Точность проведенного фотохимического моделирования позволила определить, что для поддержания потепления требовались значительные объемы водорода, поступающие от гидратации коры. Использование методов, изначально разработанных для отслеживания загрязнения воздуха, оказалось весьма эффективным для изучения древней атмосферы Марса.
Отсутствие тектоники плит на Марсе, в отличие от Земли, делает его уникальной планетой для изучения геологической истории. Сохранившиеся свидетельства далекого прошлого Марса, в сочетании с новыми методами исследования, делают возможным воссоздать сложную климатическую картину. Сейчас Даника Адамс и другие исследователи используют химическое моделирование изотопов, чтобы найти подтверждение чередования теплых и холодных периодов на Марсе.
Ученые надеются, что миссия по возвращению образцов марсианских пород на Землю позволит получить новые данные, которые дадут возможность сравнить результаты моделирования с реальными образцами. Это позволит укрепить понимание динамики атмосферы Марса, а также потенциальных возможностей для существования жизни на планете. Исследования под руководством Робина Вордсворта, профессора экологической науки и инженерии имени Гордона Маккея в SEAS, не только открывают новые перспективы для понимания прошлого Марса, но и предоставляют ценные знания о развитии планет в целом.
