Секрет марсіанської стабільності у водяних прошарках
На південному полюсі Червоної планети зосереджені колосальні запаси замороженого вуглекислого газу, відомі як MCID або масивні поклади CO2. Ці структури за об'ємом приблизно дорівнюють усій сучасній атмосфері Марса, проте їхня поведінка тривалий час спантеличувала дослідників. Згідно з фізичними законами, такий лід мав би розтікатися під власною вагою, заповнюючи низини, проте він залишається на місці протягом сотень тисяч років. Нове дослідження, опубліковане в журналі Journal of Geophysical Research: Planets, доводить, що ключову роль у виживанні цих "сухих" льодовиків відіграють тонкі прошарки звичайного водяного льоду.
Група вчених із Йоркського університету, Інституту планетарних наук та NASA розробила інноваційну систему моделювання під назвою MIDAS (Multi-unit Ice Deposits Analysis and Simulation). Це перша модель, яка дозволяє аналізувати складні багатошарові льодовики, що складаються з різних речовин із відмінними фізичними властивостями. Дослідники відтворили 510 000 років історії Марса, що відповідає віку покладів, аби зрозуміти, як змінювалася форма льодовиків під впливом орбітальних циклів планети.
Прошарки водяного льоду систематично уповільнюють плинність основної маси покладів майже вдвічі,
– прокоментував провідний автор дослідження Касра Б. Фард з Йоркського університету.
Згідно з отриманими даними, вуглекислий лід за своєю реологією (реологія – наука про текучість і деформацію суцільних середовищ) набагато "м'якший" за водяний. За температури близько -123 градусів Цельсія, яка панує на полюсі, він поводиться як в'язка рідина. Якби ці поклади складалися лише з CO2, вони б давно перемістилися зі схилів у найглибші басейни. Проте водяний лід, який науковці називають "зв'язувальними шарами", працює як жорсткий каркас. Він має набагато вищу в'язкість і фактично "затискає" шари сухого льоду, не даючи їм швидко рухатися.
Окрім механічної міцності, водяний лід виконує функцію термічного стабілізатора. Оскільки вода проводить тепло краще за вуглекислий газ, ці прошарки ефективно відводять внутрішнє тепло льодовика до поверхні. Це дозволяє знизити температуру біля основи покладів, що робить увесь масив ще твердішим і стійкішим до деформацій.
Дослідники з'ясували, що максимальна температура біля підошви льодовика залишається значно нижчою за точку сублімації вуглекислого газу, яка за тиску 3,26 мегапаскаля становить приблизно -55 градусів Цельсія.
Цікаво, що марсіанські льодовики мають багато спільного з так званими кам'яними льодовиками на Землі. На нашій планеті шар уламків гірських порід на поверхні льоду також сповільнює рух льодовика, захищаючи його від зовнішніх впливів. У випадку Марса роль такого захисту виконує водяний лід, що утворюється під час періодів зміни нахилу осі планети (обліквітету). Коли Марс "нахиляється", частина вуглекислого газу випаровується, а важчий водяний лід осідає на поверхні, створюючи новий стабілізуючий шар.
Наше моделювання формування та руху льоду в цьому регіоні підтверджує ідею, що шари води затримують рух цих блоків у долини,
– додали науковці у своєму звіті.
Попри успіх моделі MIDAS, реальні дані радарних спостережень апарата Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) вказують на ще складнішу картину. У природі марсіанські льодовики виглядають трохи товстішими в басейнах, ніж у моделях. Вчені припускають, що це може бути наслідком появи тріщин у водяному льоді, які модель поки що вважає цілісними. У майбутньому дослідники планують розширити зону моделювання на весь південний полюс та врахувати вплив вітрів, що переносять сніг і пил.