Моделювання показало приховані карбонатні породи в надрах Марса

Науковці давно погоджуються, що Марс у минулому мав багато рідкої води на поверхні — підземні води, річки, озера та навіть океан, який, ймовірно, покривав значну частину північної півкулі. Водночас орбітальні апарати й марсоходи знаходять на поверхні лише незначні кількості карбонатних порід, що суперечить очікуванням для планети з тривалим вологим минулим і густою, багатою на вуглекислий газ атмосферою. Нове геохімічне дослідження, про яке пише Universe Today, пропонує можливе розв’язання цієї загадки.

Команда з Японського агентства аерокосмічних досліджень (JAXA) та кількох наукових установ показала, що частина карбонатів могла утворитися в породах, багатих на фельдшпати, а згодом бути «перехована» на глибині під дією підземних вод. Дослідники порівняли спостережні дані з комп’ютерними симуляціями й дійшли висновку, що фельдшпат-вмісні породи на поверхні Марса зберігають сліди взаємодії з водою та карбонатами, а підземні води здатні переносити ці мінерали в глибші шари.

Чому на поверхні так мало карбонатів

Карбонатні породи — логічний «слід» давньої взаємодії води з породами в умовах вуглекисної атмосфери. Якщо Марс довго залишався вологим, карбонатів на його поверхні мало б бути набагато більше, ніж спостерігається зараз. Додаткова загадка полягає в тому, що виявлені карбонати поділяються на дві основні групи: збагачені кальцієм і залізом та окремо магнієві породи.

Попередні роботи здебільшого припускали, що вода взаємодіяла переважно з мафічними породами — багатими на залізо й магній, які вважаються найпоширенішими на Марсі. Однак останні дані орбітальних апаратів і ровера вказують на дедалі ширшу присутність на поверхні планети порід, насичених фельдшпатами. На Землі саме фельдшпати є наймасовішою групою мінералів і складають близько 60% земної кори.

Марсіанські фельдшпатові породи відрізняються підвищеним вмістом кальцію, натрію та алюмінію, і є ознаки того, що такі породи могли колись бути поширеними значно ширше, ніж видно зараз.

Як досліджували взаємодію води й порід

Автори роботи змоделювали, як вода, що протікає крізь різні типи порід, розчиняє мінерали та утворює нові — зокрема карбонатні — за умов раннього Марса. Вони побудували одно-вимірні термохімічні моделі розчинення й осадження мінералів у мафічних і фельдшпат-вмісних породах.

Для розрахунків застосовували геохімічний код PHREEQC Version 3, який дозволяє моделювати широкий спектр процесів у водних розчинах. Симуляції охоплювали як короткі епізоди зміни порід тривалістю у кілька років, так і довгі фази, що сягали до 100 тисяч років.

У моделюванні розглядали два режими руху води: повільне дифузійне перемішування в стоячій воді та просочування вниз у вигляді підземного потоку. Це дало змогу порівняти, наскільки ефективно в різних умовах можуть утворюватися карбонатні мінерали.

Що показали моделі

Розрахунки продемонстрували, що породи, багаті на фельдшпати, легко формують кальцієво-залізисті карбонати в широкому діапазоні умов. Натомість мафічні породи утворюють карбонати цього типу лише на початку, під час відносно коротких періодів взаємодії з водою. Далі, коли достатня кількість мінералів з магнієм розчиняється, хімічний склад середовища «зсувається», і починають переважати вже магнієві карбонати.

Такий результат дає дослідникам новий підхід до тлумачення того, що відбувалося на поверхні Марса мільярди років тому, і чому ми бачимо теперішній розподіл різних типів карбонатних порід.

Моделі також показали, що просочування води як підземного потоку значно ефективніше формує карбонати, ніж стояча вода. Вода, що рухається вниз, не лише створює карбонати, а й здатна повторно розчиняти їх поблизу поверхні та переносити глибше, де вони знову осаджуються.

З цього випливає, що під поверхнею Марса може існувати значний запас карбонатних порід, який не видно з орбіти чи на знімках ровера. Це добре узгоджується з гіпотезами про «зниклу» марсіанську воду, яка частково могла опинитися в підземних шарах разом з утворенням карбонатів.

Наслідки для майбутніх місій

Результати дослідження вказують, що буріння у районах, де переважають фельдшпат-вмісні породи, може стати ключем до виявлення доказів теплішого й вологішого минулого Марса. Саме там є високі шанси натрапити як на карбонатні відклади, так і на воду, що колись відступила під землю в міру переходу планети до холоднішого та сухішого клімату.

Оскільки майбутні місії на Марс будуть орієнтовані на пошук і використання води, насамперед у вигляді підземних резервуарів, такі результати допомагають точніше визначити перспективні зони для дослідження. Якщо під товщею фельдшпатових порід справді приховано великі масиви карбонатів і потенційні водоносні горизонти, це може суттєво полегшити як наукові дослідження, так і тривале перебування людей на Червоній планеті в майбутньому.