Исчезнувшая атмосфера Марса: глина раскрывает древние тайны планеты

Марс не всегда был холодной пустыней, какой мы знаем его сегодня. Всё больше доказательств указывают на то, что миллиарды лет назад по поверхности Красной планеты текла вода, а значит, должна была быть плотная атмосфера, не позволяющая ей замерзать. Однако примерно 3,5 миллиарда лет назад вода исчезла, а атмосфера, богатая углекислым газом, резко истончилась, оставив лишь тонкий слой, который мы наблюдаем сейчас.

Фото: Wikipedia by European Southern Observatory / M. Kornmesser, CC BY-SA 4.0

Где же оказалась вся атмосфера Марса? Этот вопрос давно интересует ученых, и исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) предполагают, что ответ кроется в марсианской глине.

В статье, опубликованной в журнале Science Advances, они считают, что большая часть потерянной атмосферы могла быть заперта в глинистой коре планеты. Ведущим автором исследования выступает Джошуа Мюррей.

Команда MIT утверждает, что на древнем Марсе, где была вода, жидкость проникала в горные породы и запускала цепочку реакций, в результате которых углекислый газ постепенно поглощался и превращался в метан. Этот углерод в виде метана мог сохраняться на глинистой поверхности планеты на протяжении миллионов лет.

Похожие процессы происходят на Земле, где некоторые регионы показывают сходные взаимодействия горных пород и газов. Используя эти знания, исследователи оценили, как такие процессы могли бы происходить на Марсе. По их оценкам, глинистая кора планеты может удерживать до 1,7 бар углекислого газа, что составляет около 80% атмосферы Марса в его ранние годы.

Учёные также предполагают, что в будущем можно извлечь марсианский углерод и использовать его в качестве топлива для межпланетных миссий.

"На основе наших открытий на Земле мы показываем, что на Марсе могли происходить похожие процессы, в результате которых значительное количество атмосферного CO₂ преобразовалось в метан и оказалось изолированным в глинах", — поясняет профессор MIT Оливер Ягуц. "Этот метан все еще может быть доступен и, возможно, использоваться в качестве источника энергии на Марсе".

Группа исследователей MIT сосредоточена на изучении геологических процессов, которые управляют эволюцией литосферы Земли. В 2023 году они обратили внимание на смектит — тип глинистого минерала, который является эффективной ловушкой для углерода. Смектит способен сохранять углерод в течение миллиардов лет за счет складчатой структуры зерен минерала.

Когда исследователи обнаружили, что большая часть поверхности Марса покрыта смектитовой глиной, они задали вопрос: могла ли она сыграть аналогичную роль в захвате углерода?

Их модель химии горных пород, основанная на взаимодействиях магматических пород и окружающей среды на Земле, показала, что если поверхность Марса содержит ультрамафические породы, подобные земным, то вода могла взаимодействовать с этими породами и способствовать образованию смектита.

В течение примерно миллиарда лет вода, проникавшая в породы Марса, вступала в реакцию с минералом оливином, богатым железом, образуя красное окислённое железо, придающее планете её цвет. Свободный водород соединялся с углекислым газом, образуя метан, а оливин трансформировался в серпентин, который продолжал взаимодействовать с водой, образуя смектит.

Мюррей и Ягуц пришли к выводу, что слой смектита толщиной в 1 100 метров способен удерживать достаточное количество метана, эквивалентное значительной части углекислого газа, который когда-то составлял атмосферу Марса.

"Мы обнаружили, что оценки объёма глины на Марсе соответствуют теории о том, что значительная часть изначального углекислого газа Марса могла быть изолирована в богатой глиной коре планеты", — говорит Мюррей. "В некотором смысле, исчезнувшая атмосфера Марса может быть прямо у нас перед глазами".

Уточнения

Марс — четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая по размеру планета Солнечной системы. Наряду с Меркурием, Венерой и Землёй принадлежит к семейству планет земной группы.

Гли́на — мелкозернистая осадочная горная порода, плотная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глина состоит из одного или нескольких глинистых минералов, но может содержать и песчаные, и карбонатные частицы.