Марс был «голубой планетой», как и Земля: геологи доказали существование глубокого моря в Долинах Маринер

Геологи из Бернского университета определи точную высоту, на которой находился уровень воды в гигантской системе каньонов Марса. Исследование доказывает, что в переходный период между гесперийской и амазонийской эрами Долины Маринер были заполнены водой, формируя единую гидросистему с гипотетическим Северным океаном.

Геологическая летопись Марса сложно интерпретировать из-за миллиардов лет эрозии и отсутствия полевых геологов на поверхности. Однако современные орбитальные данные позволяют проводить стратиграфический анализ с детализацией, сопоставимой с аэрофотосъемкой на Земле. Группа исследователей из Бернского университета опубликовала в журнале npj Space Exploration работу, которая реконструирует гидрологический режим восточной части Долин Маринер. Их выводы базируются на анализе специфических форм рельефа, которые могли возникнуть только при определенных физических условиях.

Архитектура осадочных систем

Объектом исследования стал регион Юго-Восточный Копрат (Coprates Chasma) — один из глубочайших желобов системы. Ученые сосредоточились на изучении горного массива, выступающего вглубь каньона. Используя стереопары камеры CaSSIS (аппарат ExoMars Trace Gas Orbiter) и данные зонда MRO, исследователи построили трехмерные цифровые модели местности, выявив сложную систему древних водотоков.

На склонах массива обнаружены V-образные долины, характерные для речной активности. Эти долины не заканчиваются осыпями, а переходят в четко структурированные образования — фан-дельты (веерообразные дельты). В седиментологии (науке об осадках) такие структуры однозначно интерпретируются как результат впадения быстрого водного потока в стоячий водоем.

Механика процесса подчиняется законам гидродинамики: скорость потока при входе в стоячую воду падает, кинетическая энергия, необходимая для транспортировки взвеси (песка, гальки), исчезает, и материал оседает, формируя плоскую платформу. По мере накопления осадков эта платформа продвигается вглубь водоема, обрываясь крутым склоном в месте резкого нарастания глубины.

Глубина и уровень: масштаб водного столба

Самым интересным результатом работы стало определение точных высотных характеристик этих структур. Ученые проанализировали геометрию трех крупных осадочных систем и выявили закономерность.

Все изученные дельтовые комплексы имеют идентичную морфологию: плоская верхняя терраса переходит в крутой фронтальный склон. Линия этого перегиба является точным физическим маркером уровня воды на момент формирования отложений. Измерения показали, что во всех случаях эта граница находится в высотном диапазоне от -3750 до -3650 метров.

Почему высота отрицательная? Для корректного понимания данных необходимо пояснить систему координат, принятую в марсианской картографии. Поскольку на Марсе отсутствует глобальный океан, там нет привычного понятия «уровня моря».

1. Нулевая отметка (Датум): в качестве «нуля» высоты ученые используют условную гравитационную поверхность (ареоид), соответствующую среднему радиусу планеты или уровню атмосферного давления в 610,5 Па (тройная точка воды).
2. Геометрия каньона: долины Маринер — это гигантская тектоническая впадина, дно которой находится значительно ниже этого среднего уровня.
3. Расчет объема: согласно данным лазерной альтиметрии, дно желоба в исследуемом секторе опускается до отметки -4700 метров. Береговая линия зафиксирована на уровне -3700 метров.

Сопоставление этих величин приводит к выводу, что разница между дном (-4700 м) и поверхностью воды (-3700 м) означает, что каньон был заполнен водой на глубину порядка 1000 метров.

Это исключает гипотезы о мелких, временных озерах. Речь идет о стабильном, глубоководном бассейне с огромным объемом воды. Стабильность уровня (-3700 м) также свидетельствует о том, что это не было изолированное озеро. Эта высота коррелирует с береговыми линиями в других регионах Долин Маринер и совпадает с предполагаемым уровнем гипотетического Северного океана. Вероятнее всего, каньон функционировал как гигантский эстуарий или залив, сообщающийся с глобальной океанической системой планеты.

Хронология влажного периода

Установление уровня воды позволило скорректировать временные рамки марсианской гидрологии. Традиционные климатические модели предполагали, что Марс потерял большую часть поверхностной воды к концу Нойской эры (более 3,7 млрд лет назад). Новые же данные указывают на более позднюю активность.

Геоморфологический анализ датирует формирование дельт границей позднего Гесперийского и раннего Амазонийского периодов. Это означает, что примерно 3,4 миллиарда лет назад климатические условия Марса все еще позволяли существовать открытым водоемам километровой глубины.

Последовательность геологических событий реконструируется следующим образом:

1. Рифтогенез: тектонические процессы сформировали глубокую котловину Долин Маринер.
2. Наполнение и эрозия: вода заполнила каньон до уровня -3700 метров (относительно датума). На возвышенностях под воздействием осадков шла активная эрозия, и реки сносили материал в море, формируя километровые толщи дельтовых отложений.
3. Регрессия: уровень воды начал снижаться. Реки стали врезаться в собственные отложения, пропиливая каньоны в ранее сформированных дельтах.
4. Аридизация: полное исчезновение воды и переход к современному сухому климату, где доминирующую роль играют эоловые (ветровые) процессы.

Исключение альтернативных гипотез

Авторы исследования провели анализ морфометрии, чтобы исключить альтернативные механизмы образования данных структур, такие как оползни или «сухие» гравитационные обвалы, не требующие наличия воды.

Геометрия найденных объектов не соответствует хаотичной структуре оползней. Дельты имеют плоские вершины (уклон менее 1 градуса), которые резко переходят в фронтальные склоны с углом до 27 градусов. Такая стратификация характерна именно для нарастания осадков в спокойной водной среде. Кроме того, наличие развитой сети питающих каналов выше по склону подтверждает длительный транспорт материала водой, а не одномоментное обрушение породы. Если бы это были сухие оползни, материал распределился бы по дну долины иначе, без формирования характерных террас с ровным краем.

Технологический контекст

Открытие стало возможным благодаря качественному скачку в разрешающей способности орбитальных данных. Ранее доступные карты не позволяли детально изучить структуру перехода между вершиной дельты и ее склоном. Использование цветных стереоизображений CaSSIS в комбинации с данными MRO (камера HiRISE) позволило создать модели с разрешением до 10 метров на пиксель.

Это дало возможность применить метод «source-to-sink» (от источника к стоку), прослеживая путь осадочного материала от зоны эрозии на вершине хребта до места аккумуляции. Ученые смогли увидеть не только сами дельты, но и следы от эрозии на скалах выше по течению, откуда был изъят материал, сложивший эти структуры.

Значение для астробиологии

Определение точных физических параметров древнего водоема полезно для планирования будущих исследовательских миссий. Дельтовые отложения являются приоритетными целями для поиска биосигнатур (следов жизни).

В стоячей воде происходит естественная гравитационная сортировка материала: тяжелые камни падают сразу, а мелкие глинистые частицы переносятся дальше и оседают в спокойных зонах дельтового фронта. Глины обладают способностью консервировать органические молекулы, защищая их от окисления и радиации.

Теперь у исследователей есть конкретный высотный ориентир. Поиск следов потенциальной жизни целесообразно вести не на дне каньона (где древние породы могут быть перекрыты многометровым слоем более поздних наносов и песка), а именно в открытых слоях дельтовых фронтов на высоте -3700 метров. Зафиксированный уровень воды ограничивает зону поиска узким горизонтом, значительно повышая вероятность обнаружения законсервированной истории марсианской гидросферы. Так что, Долины Маринер предстают перед нами как бассейн, который мог быть одним из последних прибежищ обитаемой среды на Красной планете.

Источник:npj Space Exploration