На Марсі виявили ще більше води ніж вважалося

Формування Марса і його геологічна еволюція зовсім не супроводжувалися активним перемішуванням мантії, як передбачалося раніше, оскільки в ній виділяються кілька відокремлених резервуарів води. До такого висновку прийшли вчені, проаналізувавши ізотопний склад водню в марсіанських метеоритах. Стаття опублікована в Nature Geoscience.

Марс, як і Земля, складається з ядра, мантії, кори і атмосфери. Ці планети формувалися приблизно в один час, проходячи через стадії акреції речовини, його диференціації на різні структурні компоненти та подальшої термохимической еволюції. Вважається, що після акреції поверхню планет якийсь час була вкрита суцільним океаном магми, в якому в результаті постійного бомбардування великими тілами речовина активно перемішувалося, після чого відбулося формування кори, мантії і ядра. Як спочатку була розподілена вода в структурних компонентах Марса, яким був її ізотопний склад, можна зрозуміти, аналізуючи марсіанські метеорити, дані астрономічних спостережень і марсіанських місій - від орбітальних станцій до посадочних модулів і марсоходів.



Під землею на Марсі є чисельні резервуари з рідкою водою

Інформація, отримана з усіх цих джерел, говорить нам, що на Марсі є як мінімум два резервуари води, що відрізняються за ізотопним складом. Резервуар в даному випадку має на увазі не водойму, а взагалі воду, яка міститься в деякій середовищі. Перший з них зосереджений в атмосфері і полярних шапках планети, другий, імовірно, належить до первинної марсіанської мантії. Ставлення дейтерію - важкого ізотопу водню - і звичайного водню (D / H) в цих двох резервуарах відрізняється приблизно в п'ять разів: від 9,3 × 10-4 до 1,99 × 10-4. Дейтерію в атмосфері при цьому більше, оскільки легкі ізотопи водню швидко випаровуються.

Аналіз ізотопного складу водню в марсіанських метеоритах і в породах на поверхні Марса показує різні співвідношення D / H, які лежать між цими двома крайностями. До сих пір цей розкид пояснювали взаємним змішуванням або земним забрудненням. Однак при цьому немає однозначного докази того, що на Марсі колись мала місце така ж тектоніка плит, як на Землі, а в її відсутність кора виступає як фізико-хімічний бар'єр між атмосферою і мантією. Тому незрозуміло, чи було колись в історії Марса активне перемішування порід.

Джессіка Барнс (Jessica Barnes) і її колеги з Великобританії і Німеччини досліджували за допомогою вторинно іонної мас-спектрометрії зразки двох марсіанських метеоритів - Allan Hills (ALH) 84001 і Northwest Africa (NWA) 7034, які, імовірно, відчули вплив рідких і газоподібних компонентів кори Марса - перший 3,9 мільярда років тому, другий - 1,5 мільярда років тому. Єдиним загальним для цих зразків мінералом, який містить воду, був апатит. Його аналіз показав, що в межах похибок ізотопне ставлення було однаковим в обох метеоритах - між 3,12 × 10-4 і 4,67 × 10-4. Дейтерію в древню марсіанську корі було менше, ніж в сучасній атмосфері планети, і при цьому ізотопний склад водню в ній залишався стабільним як мінімум протягом 2,4 мільярда років, які розділяють два метеорита.

Ці дані порівняли з ізотопним складом водню в інших марсіанських метеоритах - шерготтітах, або базальтових метеоритах, які, як вважається, представляють собою результати часткового плавлення мантії. При цьому вже було відомо, що марсіанські базальти відбуваються з принаймні двох геохимически різних областей мантії і діляться на збіднені і збагачені.

Дослідження показали, що вміст води і співвідношення D / H в ізотопний склад водню в збагачених шерготтітах вище, ніж в збіднених (36-72 мільйонних часток води і D / H (8,03 ± 0,52) × 10-4. Проти 14 -23 мільйонних часток води і D / H 1,99 ± 0,02 × 10-4.), що суперечить гіпотезі про єдиному джерелі води в мантії.

Зміст водню в мантії, корі та атмосфері сучасного Марса / фото Jessica J. Barnes et al. / Nature

Існування різних за ізотопним складом водню резервуарів в марсіанській мантії говорить про те, що ізотопний склад водню в корі Марса відбувається з як мінімум двох мантійних резервуарів. Не виключений і третій компонент, який визначається первинними атмосферою і гідросферою в перші 660 мільйонів років історії Марса.

Проте, процес плавлення під тиском не пояснює чітких відмінностей в ізотопний склад водню у збіднених і збагачених джерел. А значить, ці особливості - спадок первинних «будівельних блоків», з яких сформувався Марс, що вказує на те, що мантія планети була слабо перемішана на ранньому етапі її еволюції.

Автори статті відзначають, що для того, щоб зрозуміти, чому після стадії глобального океану магми на Марсі ізотопне співвідношення в мантії НЕ вирівнялося, потрібні додаткові дослідження, однак очевидно, що будь-яка нова модель формування планети повинна буде враховувати збереження в мантії двох резервуарів водню, різних за ізотопним складом.

Наявність і розподіл води на Марсі грає важливу роль в розумінні його геологічної еволюції і можливої ​​населеності. Вважається, що на стародавньому Марсі було досить водню для життя примітивних мікроорганізмів. А вивчення слідів водних потоків на поверхні допомагає будувати моделі еволюції клімату на планеті.

Джерело N + 1