Криолитосфера Марса

Полярная шапка Марса

Гидросфера Марса — это совокупность водных запасов планеты Марс, представленная водным льдом в полярных шапках Марса, льдом под поверхностью, и возможными резервуарами жидкой воды и водных растворов солей в верхних слоях литосферы Марса. Гидросфера Марса вследствие господствующих низких температур на Марсе, и нахождении запасов воды в твердом состоянии также называется криолитосферой.

Поиски воды на Марсе

Марс весьма схож с Землей по многим показателям, что заставляло учёных XIX-начала XX века допускать, что на нём есть жизнь и есть жидкая вода. По мере роста объёма данных о планете, люди придумали способы для изучения атмосферы Марса, и поиска воды в атмосфере с помощью спектроскопических измерений. Оказалось, что воды в атмосфере Марса было найдено ничтожно малое количество, однако исследования были продолжены.

На смену астрономическим наблюдениям и спектроскопическому измерению, с началом эры космонавтики пришло и прямое изучение Марса и поисков воды на нём с помощью межпланетных зондов. Прежде всего внимание исследователей привлекли полярные шапки Марса, так как предполагалось, что они состоят из водного льда по аналогии с Антарктидой или Гренландией на Земле. При пристальном изучении с помощью современной аппаратуры в 2000 году^[1] было подтверждено, что помимо твердого углекислого газа, в массе льдов марсианских полярных шапок содержится колоссальное количество твёрдого водного льда.^[2]

Объёмы запасов воды на Марсе

В настоящее время открытые и достоверно установленные объёмы воды на Марсе составляют около 4,7 млн км³, и сосредоточены преимущественно в так называемой криосфере — приповерхностном слое вечной мерзлоты мощностью в десятки и сотни метров. В основном, такие отложения водного льда расположены в крупных равнинных бассейнах, а массивы льда толщиной до 4 км сосредоточены в полярных шапках. Существуют предположения, что под полярными шапками могут существовать довольно крупные реликтовые озера жидкой и солёной воды. Исходя из собранных научных данных, существующие в настоящее время запасы воды (в форме льда) во всём объёме криолитосферы Марса, предположительно, составляют 7,7·10²² граммов (77 млн км³). ^[3]

В то же время, процессы иссушения на Марсе привели к сокращению нижней границы вечной мерзлоты на несколько сотен метров. Если из общего объёма криолитосферы Марса вычесть объем сухих и оттаявших снизу пород, то предположительное содержание воды в мерзлых породах Марса составит 5,4·10²² граммов (54 млн км³). Количество воды, подсчитанное таким образом, во много раз превышает количество воды в полярных шапках Марса (~2·10²¹граммов), и судя по всему, представляет собой значительную часть общих запасов свободной воды, выделившейся за геологическую историю Марса. Математический расчёт показывает, что в случае равномерного распределения воды содержащейся ныне в криолитосфере, по поверхности Марса, то образовался бы гигантский океан со средней глубиной в несколько сотен метров. Также существует предположение что под криолитосферой Марса существует область подмерзлотных солёных вод, о количестве которых пока трудно что-либо сказать, но предположительно они огромны.^[3]

Очень большое значение при оценке водных запасов Марса играет недавнее открытие колоссальных запасов водного льда под поверхностью Южной полярной шапки. Ранее считалось что южный полюс Марса в основном представлен запасами замерзшего углекислого газа, но оказалось что объёмы водного льда под его поверхностью настолько велики что позволяют при его растоплении покрыть поверхность всего Марса 11-и метровым слоем воды^[4]. По предварительным оценкам американских ученых, запасы воды на Южном полюсе Марса сравнимы с запасами воды Северной полярной шапки Марса, и толщина льдов здесь достигает 3,7 км.

Влияние на климат Марса

Марс как и Земля имеет длительную историю своего развития, и ряд эпох в этой истории привлекают внимание ученых своим отличием от той климатической обстановки, которая господствует на красной планете в нынешнее время. В частности, особенно привлекает внимание людей в истории Марса наличие гигантских океанов на его поверхности, плотной атмосферы и высоких температур. Наличие морей на Марсе в прошлом было подтверждено экспедициями автоматов Спирит и Оппортьюнити в 2003—2004 годах.^[5] Изучение этих эпох марсианской истории позволяет узнать много нового не только о Марсе, но и о других планетах и их развитии. Большой интерес в геологическом прошлом планеты Марс, вызывают два промежутка времени — Гесперийская эра, и Амазонийская эра.^[6]

Гесперийская эра

В Гесперийскую эру (3,5-2,5 млрд лет назад) Марс достиг вершины своей эволюции и имел постоянную гидросферу.^[7] Северную равнину планеты, в ту эру занимал соленый океан объемом до 15-17 млн км³, и глубиной 0,7-1 км (для сравнения, Северный Ледовитый океан Земли имеет объем 18,07 млн км³). В отдельные промежутки времени, этот океан распадался на два. Один океан, округлый, заполнял бассейн ударного происхождения в районе Утопии, другой, неправильной формы — район Северного полюса Марса. В умеренных и низких широтах было много озер и рек, на Южном плато — ледники. Марс обладал очень плотной атмосферой, аналогичной той, которая в то время была у Земли, при температуре у поверхности доходившей до 50 °C, при давлении свыше 1 атмосферы. Вполне вероятно что, в Гесперийскую эру на Марсе существовала и биосфера: в трех метеоритах марсианского происхождения АLН 84001, Накла и Шерготти группой американских ученых были обнаружены образования, схожие с окаменелыми останками микроорганизмов возрастом от 4 млрд и до 165 миллионов лет.

Амазонийская эра

В Амазонийскую эру (около 2,5-1 млрд лет назад) климат на Марсе стал катастрофически быстро меняться. Происходили мощнейшие, но постепенно затухающие глобальные тектонические и вулканические процессы, в ходе которых возникли крупнейшие в Солнечной системе марсианские вулканы (Олимп), несколько раз сильно изменялись характеристики самой гидросферы и атмосферы, появлялся и исчезал Северный океан. Катастрофические наводнения, связанные с таянием криосферы привели к образованию грандиозных каньонов: в долину Ареса с южных нагорий Марса стекал поток полноводнее Амазонки; расход воды в долине Касей превышал 1 млрд м³/с. Миллиард лет назад активные процессы в литосфере, гидросфере и атмосфере Марса прекратились и он принял современный облик. Виной глобальных катастрофических изменений марсианского климата считаются большой эксцентриситет орбиты и неустойчивость оси вращения, вызывающие огромные, до 45 %, колебания потока солнечной энергии, падающей на поверхность планеты; слабый приток тепла из недр Марса, обусловленный небольшой массой планеты, и высокая разрежённостью атмосферы, обусловленная высокой степенью её диссипации.

Потенциал для терраформации

• См. также: Колонизация Марса

Марс наиболее подходящий кандидат на терраформацию (площадь поверхности ~ 144,8 млн.км² что является 28.4 % поверхности земли). Ускорение свободного падения на поверхности Марса составляет 3,72м/с², а уровень солнечной энергии воспринимаемой Марсом составляет 43 % от уровня принимаемого поверхностью Земли. В настоящее время Марс представляет собой безжизненную планету, больше похожую на Луну чем на Землю. В тоже время, полученный объём информации о Марсе говорит о том что некогда природные условия на нём были благоприятны для поддержания и возможного зарождения жизни. Марс располагает огромными количествами водного льда и несёт на своей поверхности многочисленные следы своего благоприятного климата в прошлом (речные долины, отмели пляжей, залежи глин и многое другое).

Многие современные учёные уверены в том, что возможно нагреть планету и создать на ней более или менее плотную атмосферу. NASA проводит околонаучные дискуссии по этому поводу.

Однако в этом направлении есть несомненные трудности, которые мешают терраформировать Марс или какую-либо другую планету в настоящее время. Гигантские запасы воды и связанного кислорода в составе пероксидов и озонидов в почве Марса дают прочное основание предполагать, что при воздействии на марсианский климат станет вполне возможным терраформирование этой планеты. В этом направлении необходимы огромные усилия всего человечества, и уже в нынешнее время вполне по силам организация финансово-технических образований (клубов, обществ и компаний) на Земле предназначенных для освоения и будущего изменения климатических условий Марса. В настоящее время земляне очень хорошо освоили использование ядерной энергии, однако до сих пор нерешёнными остаются важные проблемы, связанные с транспортировкой энергетического оборудования на Марс и его обслуживанием на самой планете.

В то же время сам по себе Марс обладает весьма значительными ресурсами металлов, и в том числе и ресурсами ядерного топлива (уран, торий) и при наладке на Марсе промышленности и значительном использовании ядерного топлива соответственно предполагается колоссальное количество сбросного тепла в атмосферу Марса.

Одним из важнейших технологических препятствий для освоения не только Марса, но и других планет является то обстоятельство что в настоящее время слишком ограничены возможности космических транспортных средств, и в этой связи большие надежды возлагаются на газофазные ядерные ракетные двигатели. Только при наличии ядерных ракетных двигателей обладающими колоссальной тягой, надёжностью и скоростью, станет вполне возможным доставка предназначенных для начального этапа терроформации тяжелых грузов к Марсу, а в перспективе даже и астероидов из водно-аммиачного льда предназначенных для наполнения атмосферы и гидросферы Марса азотом, водой и кислородом. Предположительно астероиды могут вывозиться из пояса астероидов и даже из пояса Койпера с помощью ракет или солнечных парусов.

Терраформирование Марса может происходить как при прямом введении в его атмосферу искусственно изготовляемых парниковых газов (фреонов), так и нагреве поверхности планеты с помощью направленного орбитальными зеркалами солнечного излучения и затемнения поверхности полярных шапок сажей или полимерными плёнками, и косвенно при освоении Марса и его полезных ископаемых (металлургия, горные взрывные работы и проч). Оба процесса могут происходить одновременно и вносить большой вклад в изменение климата Марса. Например, развитие масштабной ядерной, а в перспективе и термоядерной энергетики позволит, так или иначе, высвобождать огромные объёмы вторичного тепла в атмосфере, а в перспективе и в гидросфере Марса. Так, например, при наладке крупной энергетики и выработке водорода и кислорода для наземного марсианского транспорта, космических кораблей и энергоснабжения поселений могут возникнуть условия для высвобождения больших объёмов тепловой энергии в атмосфере. В совокупности общий объём энергетики должен будет нагревать атмосферу Марса, и способствовать при таянии полярных шапок значительному парниковому эффекту.

Основные способы терраформирования Марса

• Выброс в атмосферу Марса искусственных парниковых газов: тетрафторметан, октофторпропан.
• Затемнение поверхности полярных шапок: сажа, напыляемые полимерные плёнки, взрывное уменьшение альбедо.
• Орбитальный прогрев поверхности полярных: космические сверхлегкие орбитальные зеркала.
• Бомбардировка астероидами: водно-аммиачные льды.
• Техногенная деятельность: выброс тепла атомными электростанциями и транспортом, потоки тепла от купольных поселений.
• Биогенное воздействие: введение земных бактерий и водорослей устойчивых на Марсе (Chroococcidiopsis sp, Matteia sp, Deinococcus radiodurans, и др).

См. также

• Марс
• Колонизация Марса
• Полярная шапка

Примечания

1. ↑ NASA announces discovery of evidence of water on Mars
2. ↑ BBC. Вода на Марсе: от теории к доказательствам
3. ↑ ^{1 2} Криолитосфера Марса и ее строение
4. ↑ [1]
5. ↑ NASA: Liquid water once on Mars
6. ↑ http://www.msss.com/http/ps/age2.html
7. ↑ The Case of the Missing Mars Water

Литература

Ссылки

• Infuture.ru: Изучение Марса
• Infuture.ru: На поверхности Марса обнаружен «молодой» ледник
• Океаны Марса
• История исследования Марса
• Scientific.ru: Не слишком ли много воды на Марсе?
• Mars, Water and Life