Секрет стабильности Марса кроется в водных слоях
На южном полюсе Красной планеты сосредоточены колоссальные запасы замороженного углекислого газа, известные как MCID или массивные залежиCO2. Эти структуры по объему примерно равны всей современной атмосфере Марса, однако их поведение долгое время озадачивало исследователей. Согласно законам физики, такой лед должен был бы растекаться под собственным весом, заполняя низины, однако он остается на месте в течение сотен тысяч лет. Новое исследование, опубликованное в журнале Journal of Geophysical Research: Planets, доказывает, что ключевую роль в выживании этих "сухих" ледников играют тонкие прослойки обычного водяного льда.
Группа ученых из Йоркского университета, Института планетарных наук и NASA разработала инновационную систему моделирования под названием MIDAS (Multi-unit Ice Deposits Analysis and Simulation). Это первая модель, позволяющая анализировать сложные многослойные ледники, состоящие из различных веществ с разными физическими свойствами. Исследователи воссоздали 510 000 лет истории Марса, что соответствует возрасту отложений, чтобы понять, как менялась форма ледников под влиянием орбитальных циклов планеты.
Прослойки водяного льда систематически замедляют текучесть основной массы отложений почти вдвое,
– прокомментировал ведущий автор исследования Касра Б. Фард из Йоркского университета.
Согласно полученным данным, углекислый лед по своей реологии (реология – наука о текучести и деформации сплошных сред) гораздо "мягче" водяного. При температуре около -123 градусов Цельсия, которая царит на полюсе, он ведет себя как вязкая жидкость. Если бы эти залежи состояли только изCO2, они бы давно переместились со склонов в самые глубокие бассейны. Однако водяной лед, который ученые называют "связующими слоями", действует как жесткий каркас. Он обладает гораздо более высокой вязкостью и фактически "зажимает" слои сухого льда, не давая им быстро перемещаться.
Помимо механической прочности, водяной лед выполняет функцию термического стабилизатора. Поскольку вода проводит тепло лучше, чем углекислый газ, эти прослойки эффективно отводят внутреннее тепло ледника к поверхности. Это позволяет снизить температуру у основания ледника, что делает весь массив еще более твердым и устойчивым к деформациям.
Исследователи выяснили, что максимальная температура у основания ледника остается значительно ниже точки сублимации углекислого газа, которая при давлении 3,26 мегапаскаля составляет примерно -55 градусов Цельсия.
Интересно, что марсианские ледники имеют много общего с так называемыми каменными ледниками на Земле. На нашей планете слой обломков горных пород на поверхности льда также замедляет движение ледника, защищая его от внешних воздействий. В случае с Марсом роль такой защиты выполняет водяной лед, образующийся во время периодов изменения наклона оси планеты (обликвита). Когда Марс "наклоняется", часть углекислого газа испаряется, а более тяжелый водяной лед оседает на поверхности, создавая новый стабилизирующий слой.
Наше моделирование формирования и движения льда в этом регионе подтверждает идею о том, что слои воды задерживают движение этих блоков в долины,
– добавили ученые в своем отчете.
Несмотря на успех модели MIDAS, реальные данные радиолокационных наблюдений аппарата Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) указывают на еще более сложную картину. В природе марсианские ледники выглядят немного толще в бассейнах, чем в моделях. Ученые предполагают, что это может быть следствием появления трещин в водяном льду, которые модель пока считает цельными. В будущем исследователи планируют расширить зону моделирования на весь южный полюс и учесть влияние ветров, переносящих снег и пыль.