Александр Колтыпин. Глобальная катастрофа на Марсе

Тайны планеты Марс издавна притягивали человечество. И потому реализация научных интересов землян в отношении этой планеты началась практически на заре космической эры, еще в начале 70-х годов ушедшего столетия. В разное время к Марсу отправились американские орбитальные летательные аппараты “Маринер 9” (Mariner 9), “Викинг 1”, “Викинг 2” (Viking Orbiter 1, 2), “Глобальный топограф” (Global Surveyor Orbiter) и “Одиссей” (2001 Mars Odyssey), а также спутник Европейского космического агентства “Марс экспресс” (Mars Express). В результате исследований Марса, проведенных спускаемыми аппаратами “Викинг 1”, “Викинг 2” (Viking Lander 1, 2) и “Землепроходец” (Pathfinder Lander), марсоходами “Землепроходец” (Pathfinder Rover), “Дух” (Spirit Rover) и “Возможность” (Opportunity Rover), в течение 1972-2006 гг. было получено огромное количество снимков Красной планеты, изменивших наше представление об ее истории.

Марсианские сутки почти такие же, как земные, – 24 часа 39,5 минут. Зато год на Марсе почти вдвое длиннее земного, он равен 687 юлианским или 669 марсианским солнечным суткам. Плоскость экватора Марса наклонена к плоскости его орбиты на 25°. У Земли этот угол равен 23,5°.

Доказательства существования воды на Марсе

Три древние речные долины восточнее марсианской равнины Эллада. На участке около 600 км шириной слева направо: реки Дао, Нигер (приток Дао), Хармахис. Долины имеют ширину от 8 до 25 км и глубину около 1 км. Снимок ОЛА ”Global Surveyer” 13 сентября 2000 г. (НАСА)

Главной сенсацией последних лет стало обнаружение на Марсе следов воды, которая, по-видимому, была здесь раньше такой же обыденностью, как и на Земле. Об этом свидетельствуют многочисленные фотографии стенок ущелий и кратеров, расположенных в разных районах марсианской поверхности, сделанных с орбитальных летательных аппаратов “Глобальный топограф”, “Одиссей” и марсоходов “Дух” и “Возможность”. На них хорошо видны пласты осадочных пород мощностью от нескольких метров до 10-11 м. Эти пласты, в свою очередь, состоят из более тонких слоев толщиной от нескольких миллиметров до нескольких десятков сантиметров. На Земле такие отложения чаще всего образуются в морях или озерах.
Существование водоемов на Марсе доказывают и фотографии разных мест марсианской поверхности, сделанные с орбитальных летательных аппаратов “Викинг 1”, “Викинг 2”, “Глобальный топограф” и “Одиссей”, на которых прекрасно видны длинные русла более 120 высохших рек и хорошо сформированные речные долины.

Слева: древнее 600 км русло марсианской реки Маадим, впадающей в кратер Гусева 160 км в диаметре (сверху). Справа: древнее русло марсианской реки Скамандер, вытекающей из кратера (снизу) и заканчивающейся в 180 км к северу от кратера. Снимок ОЛА “Викинг 1” и “Викинг 2” (НАСА), 10 декабря и 13 мая 1997 г.

Самые же убедительные доказательства наличия на Марсе отложений, сформировавшихся в морях или соленых озерах, были получены в 2004-2006 годах в результате исследования поверхности планеты марсоходами “Дух” и “Возможность”. На снимке “Горелого утеса”, сделанном марсоходом “Возможность”, хорошо видны тонкослоистые (мощность слоев несколько миллиметров) осадочные породы с небольшими округлыми минеральными образованиями – конкрециями. Эти породы удивительно напоминают широко распространенные на Земле тонко чередующиеся глинистые сланцы и алевролиты с конкрециями железистых или железисто-известковых пород. На Земле такие отложения, как правило, формируются в прибрежно-морских условиях лагун и заболоченных равнин.
В месте посадки марсохода “Возможность”, а также на других участках поверхности Марса, был детально изучен ряд небольших обнажений осадочных пород. Так, на снимках обнажений “Эль Капитан” и “Шумейкер Патио” можно видеть, что осадочные породы состоят из микрослоев толщиной от десятых долей миллиметра до 1-2 мм и включают сферические образования диаметром 1-4 мм. В нескольких местах в них наблюдалась тонкая косая слоистость, которая может свидетельствовать о том, что эти отложения были сформированы при перемешивании вод, скорее всего в зоне волноприбойной деятельности.
Проведенный спектральный анализ осадочных пород показал аномально высокое содержание в них солей сульфатов в виде SO3 (до 30 %), а также присутствие солей хлоридов и бромидов

Обнажение “Горелого утеса” ю.-в. внутренней стенки кратера Эндуренс. Снимок марсохода “Opportunity” 13-20.11.2004 г. (НАСА)

Обнажения марсианских пород “Эль-Капитан” (слева) и “Шумейкер Патио” (справа) (Meridiani Planum). Хорошо видны тонкие параллельные слои осадочных пород, содержащие рассеянные сферические включения от 1 до 2 мм в диаметре. Скопления таких включений в трещинах свидетельствует о том, что они были перенесены туда водными потоками. Снимок марсохода “Opportunity” (НАСА), 2 марта 2004 г.

Столь высокий уровень содержания солей позволил исследователям из НАСА сделать предположение, что эти породы содержат эвапориты (осадочные отложения, образованные вследствие повышения концентрации солей при испарении воды), которые сформировались во время либо испарения морского бассейна или соленого озера, либо сублимации (возгонки) льда в атмосферу.
Небольшие сферические образования, включенные в осадочные породы, а также разбросанные в большом количестве рядом с указанными обнажениями и во многих других местах поверхности Марса представлены гематитом (Fe2O3) и, по мнению исследователей из НАСА, являются конкрециями, имеющими осадочное происхождение.

Россыпи сферических образований гематита встречаются на разных участках поверхности Марса

Изучение распределения солей в кратере Терпения показало, что они тяготеют к верхней части разреза осадочных пород; нижняя его часть сложена главным образом тонкозернистыми терригенными (обломочными) образованиями.
Таким образом, в настоящее время факт существования на Марсе рек, озер и, возможно, даже морей и океанов, не вызывает сомнения. Однако до сих пор остается неясно, сколько тысяч, миллионов или даже миллиардов лет тому назад на Марсе был теплый климат, при котором могла существовать жизнь. У ученых пока нет ни одного куска горных пород или пробы грунта, доставленных с этой планеты. Первый полет на Марс за образцами намечен лишь на 2007-2014 годы.

В настоящее время о возрасте марсианских пород косвенно свидетельствуют более 20 метеоритов, найденных в разных областях Земли. Их марсианское происхождение доказывается сходством газового состава включений и современной атмосферы Марса, а возраст определяется в диапазоне от 4,6 до менее 1,3 млрд. лет. Считается, что они являются осколками каких-то участков поверхности этой планеты, куда врезались крупные астероиды или кометы.

Следует отметить, что подобное обоснование возраста марсианских пород довольно уязвимо. Ведь найденные метеориты не обязательно являются осколками Марса, а могут, с одинаковой вероятностью, быть фрагментами коры и мантии когда-то располагавшейся между Марсом и Юпитером (ныне погибшей) планеты Фаэтон, которая могла иметь атмосферу, сходную с марсианской. И в этом случае становится намного понятнее, как эти метеориты попали на Землю: в результате взрыва этой планеты и разноса ее кусков в разные стороны.
Кроме того, отнесение упомянутых метеоритов к марсианским требует еще одного предположения: они были “выброшены” за пределы Марса в результате столкновения с ним каких-то других астероидов. А это, согласитесь, делает первое предположение еще менее вероятным.
Самые же большие сложности для принятия указанного выше обоснования возраста марсианских пород создает состав многих метеоритов – ультраосновные породы, как известно, представляющие собой вещество мантии. Это говорит о глубинном характере приведшего к их образованию катаклизма, который гораздо легче объяснить взрывом планеты, нежели локальным, точечным ударом какого-то астероида (даже если бы он имел место, то скорее всего, крупные обломки пород упали бы на Марс недалеко от места столкновения).

Большинство исследователей, опирающихся на общепринятую схему эволюции Солнечной системы и возраст метеоритов, в которых были обнаружены признаки жизни, считают, что если на Марсе и существовала жизнь, то она угасла 3,5 млрд. лет назад. Хотя приводятся и другие цифры: 3,5-1,5 млрд. и даже 500 млн. лет назад.
Однако не все так просто. Даже если допустить (хотя, как было отметено выше, это маловероятно), что найденные метеориты и являются осколками марсианской коры и мантии, то это может свидетельствовать лишь о том, что на Марсе есть горные породы, которые образовались 4,6-1,3 млрд. лет назад. Возраст метеоритов ничего не говорит о времени образования осадочных пород.
Вернемся к фото “Горелого утеса”. На нем, как и на многих других фотографиях марсианских осадочных пород, обращают на себя внимание две детали. Во-первых, большая часть осадочных пород слабо деформирована и залегает горизонтально или слабо наклонно. На Земле такое залегание пород характерно для континентальных платформ (шельфовые области морей и океанов) с длительным и устойчивым

Марсианский вулкан Олимп (28 км) – самый высокий вулкан в Солнечной системе (фото НАСА)

режимом осадконакопления или молодых межгорных прогибов и впадин. Во-вторых, в верхней части разрезов отложения сильно деформированы, смяты в складки и подвергнуты сильным тектоническим дислокациям. Блоки пород смещены относительно друг друга, наблюдаются образования типа тектонического меланжа и олистостром (хаотическое смешение разных пород, произошедшее в условиях сильных деформаций).
Первая деталь почти определенно свидетельствует (по аналогии с континентальными платформами и межгорными прогибами на Земле) о том, что встреченные осадочные породы имеют намного меньший возраст, чем предполагают большинство исследователей: не более десятков – первых сотен миллионов лет. Вторая деталь говорит о том, что на Марсе сравнительно недавно проявилась необычайно сильная тектоническая деятельность, в результате которой с лица планеты исчезли моря и океаны (о чем свидетельствует полное прекращение площадного осадконакопления).
По-видимому, с этим этапом тектонической деятельности следует связывать широкое площадное развитие базальтового вулканизма (пологие покровы базальтов образуют молодые равнины Амазония, Элизиум и др.) и гигантских щитовых вулканов (Олимп высотой 28 км, Альба и др.), сформированных застывшими потоками лавы. В этот период образовались вытянутая на 4500 км рифтовая долина (каньон) Маринер глубиной от 5 до 10 км и разветвленная система трещин лабиринта Ночи, другие рифтовые долины, цепочка вулканов Гавайского типа (горы Аскрсийская, Павлина, Арсия), а также русла протяженных на 400-700 км марсианских рек (Нергал, Маамдим и др.) с линейными долинами.
Трудно представить себе, что эти долины могут иметь возраст больше, чем десятки (сотни) тысяч – первые миллионы лет. В противном случае они были бы изрыты метеоритными кратерами, уничтожены эрозией и перекрыты отложениями пыльных бурь, которые свирепствуют на Марсе. Но ничего подобного не наблюдается. Напротив, долины марсианских рек огибают кратеры.

Участок долины Маринер (длиной более 3000 км), пересекающей район Копрейтс. Глубина пропасти Маринер достигает 10 км. Слева – разветвленная система трещин Лабиринта Ночи. Снимок ОЛА “Viking 1” (НАСА), 8 июня 1998 г.

История Марса в свете современных научных знаний
Могла ли существовать жизнь на этой планете?

Как ни странно, снять завесу тайны могут снимки спутника Сатурна Диона, сделанные американской межпланетной станцией “Кассини” в декабре 2004-2006 гг. На представленных на сайте НАСА снимках этого небесного тела отчетливо видно образование на Дионе протяженной рифтовой системы в результате столкновения с астероидом.
Скорее всего, нечто подобное имело место и на Марсе. Об этом могут свидетельствовать десятки-сотни тысяч кратеров диаметром от нескольких сотен метров до 500 км одинакового или близкого возраста, широко распространенные на поверхности Марса, особенно в его южном полушарии. Эти кратеры (точнее, заполняющие их озера) служили источниками и устьями марсианских рек  (см. фото рек Маадим и Скамандер) , т. е. они образовались раньше последних. В то же время не получено ни одного документального подтверждения пересечения кратерами ущелий, сформированных на месте рифтовых долин и пересечения рифтовыми долинами кратеров. Это, скорее всего, говорит об их одновременном или почти одновременном образовании.
Все вышесказанное дает основание считать, что сотни-десятки миллионов лет назад, а возможно, даже и сотни тысяч лет назад, на Марсе существовали материки, моря и океаны. Это подтверждают:
– результаты топографической съемки, выполненной ОЛА “Глобальный топограф” в 1997 году, свидетельствующие о том, что в северном полушарии Марса когда-то существовал океан глубиной не менее 2-3 км;
– установленные в 2002-2004 гг. ОЛА “Марсианский Одиссей” огромные запасы воды в виде льда под поверхностью Марса как в северном (до 75 % от объема грунта), так и в южном (до 50 % от объема грунта) полушариях;
Слева: участок марсианской поверхности несколько десятков км шириной на плато Элизиум вблизи экватора, который интерпретируется как покрытое пылью замерзшее море. Справа: остаточный лед на дне безымянного кратера диаметром 35 км и глубиной около 2 км на плато Ваститас в северной части Марса. Снимки ОЛА “Mars Express” (ЭСА), 2005 г.

– и, наконец, обнаруженные ОЛА “Марсианский экспресс” (Mars Express) в 2005 г. участок размером 800 км х 900 км, покрытый паковым льдом в южной части плато Элизиум , и ледяное озеро на дне кратера в северной части Марса.
Климат Марса был совсем не таким, как в настоящее время, а, скорее всего, теплым или даже жарким. Об этом свидетельствует широкое развитие на его поверхности окислов и гидроокислов железа (аналогичные образования на Земле – красноцветные коры выветривания – появляются в теплом влажном климате), а также сульфатов, хлоридов и бромидов (на Земле аналогичные образования – эвапориты – спутники жаркого сухого климата). Присутствие солей в верхней части изученных разрезов марсианской коры может говорить о том, что в конце эпохи морского осадконакопления (перед столкновением с астероидами) климат стал засушливым.
Важную роль в поддержании мягкого климата в прошлом, по-видимому, играл парниковый эффект. По данным некоторых исследователей, среднегодовая температура на марсианском экваторе достигала +30°С.
По-видимому, над поверхностью Марса простиралась мощная азотно-кислородная атмосфера, близкая по составу к земной. Об этом опять же говорит красновато-коричневый цвет марсианского грунта, который на 19-20 % состоит из гематита (Fe2O3) и продукта его гидратации – лимонита (FeOOH·(Fe2O3·nH2O), где n=1-4). Широкое площадное развитие окислов и гидроокислов железа на поверхности Марса, образовавшихся за счет окисления и гидратации железистых пород марсианской коры, может свидетельствовать лишь об одном: в недалеком прошлом на Марсе было очень много кислорода и воды.
Доктор геолого-минералогических наук, профессор А. Портнов в 1998 году подсчитал, что для образования красного марсианского грунта понадобилось 5000 триллионов тонн кислорода. Для сравнения: в земной атмосфере содержится сейчас 1200 триллионов тонн кислорода, однако площадь поверхности Марса составляет лишь 28 % поверхности Земли, а его масса примерно в 10 раз меньше. Значит, в марсианской атмосфере кислорода (в процентном отношении) когда-то было ничуть не меньше, чем на Земле. Но кислород производят зеленые растения. И если растения погибнут, свободный кислород очень быстро исчезнет: войдет во всевозможные соединения. Это и случилось на Марсе.
Как известно из истории Земли, где есть кислород, вода, леса, там существует и другая жизнь – насекомые, птицы, животные. Значит, можно с большой долей уверенности предполагать, что на Марсе была такая жизнь. Какая именно это была жизнь, каких высот она достигла, наверное, так и осталось бы тайной за семью печатями, если бы не одно “но”…

Время и сценарий великой марсианской катастрофы

По мнению Джафара Аркани-Хамеда из канадского университета Макгила, до катастрофы ось вращения Марса располагалась совсем не так, как в наши дни. Ученый обратил внимание на то, что пять крупнейших ударных бассейнов Красной планеты – Аргире, Эллада, Изида, Тавмасия и Утопия – лежат словно на одной длинной дуге.
Аркани-Хамед предположил, что все эти структуры образовались в один момент – при падении на планету большого астероида. Первоначально он вращался вокруг Солнца в той же плоскости, что и Марс, подошел к нему слишком близко, был разорван на части приливными силами, и эти части врезались в планету по линии, которая в то время являлась марсианским экватором.
Если принять предположение, что все перечисленные бассейны раньше лежали на  экваторе, то древний южный полюс Марса должен был находиться в точке с координатами:  – 30 градусов широты и 175 градусов долготы.

Хотя бы для приблизительного определения времени и воссоздания сценария великой марсианской катастрофы обратимся к самому известному марсианскому метеориту Ямато и к содержащемуся в красных марсианских песках минералу маггемиту (магнитной разновидности гематита – g-Fe2O3).

Панорама Марса  (фото НАСА)

Ямато, метеорит весом 13,7 кг, был найден в 2000 году в Антарктиде в горах Ямато. Согласно проведенным определениям возраст разных частей метеорита Ямато не одинаков. Наиболее древний возраст – 4,6 млрд. лет – установлен у слагающих его центральную часть ультраосновных пород (вещества мантии, по мнению большинства исследователей, Марса). Другие участки метеорита носят следы интенсивной долговременной переработки при участии окислительной атмосферы, круговорота карбонатов и воды и датируются интервалом 4,5-3,6 млрд. лет. Поверхностные слои метеорита несут следы сильнейшего динамического стресса и плавления; возраст этих участков всего 16 млн. лет. Наконец, минимальный возраст имеет поверхностная оплавленная стекловатая корка, образовавшаяся при прохождении метеорита через земную атмосферу – около 13 тыс. лет назад. Таким образом, если этот метеорит действительно является осколком марсианской коры или мантии (хотя, на мой взгляд, более вероятно, что он является осколком Фаэтона), то он был выброшен за пределы марсианской атмосферы в результате чудовищного взрыва, произошедшего 16 млн. лет назад.

Минерал маггемит на Земле обнаружен в очень небольших количествах, его получают путем прокаливания красного порошка гидроокиси железа при температуре 800-1000°С. Присутствие, по данным А.Портнова (1998), больших количеств маггемита в марсианском грунте, скорее всего, является доказательством высоких температур, господствовавших на поверхности Марса после столкновения.

Приведенные выше данные позволяют считать, что последняя великая катастрофа на Марсе произошла не раньше 16 млн. лет назад. Однако по перечисленным в двух предыдущих разделах причинам более вероятно, что она случилась значительно позднее: десятки (сотни) тысяч – первые миллионы лет назад. Максимум – 5 миллионов лет назад, если принять во внимание возраст пакового льда в южной части плоскогорья Элизиум, определенного по “свежим” ударным кратерам на поверхности когда-то существовавшего здесь моря.

Панорама Марса  (фото НАСА)

Сценарий этой катастрофы был примерно следующим.
Каменные глыбы размером в десятки-сотни метров и первые километры бомбардировали поверхность (сушу и водоемы) Марса. Падая, они выбрасывали в небо огромное количество осколков горных пород, пыли и водяного пара.
По всему Марсу происходили чудовищные по силе марсотрясения, изменявшие до неузнаваемости облик поверхности этой планеты. В результате расколов марсианской коры образовывались глубинные разломы, проникающие глубоко в мантию, и вдоль них происходили вулканические извержения. Изливающиеся базальты покрывали огромные площади марсианской поверхности. Одновременно шло растяжение континентальной коры и образование протяженных рифтовых долин и ущелий.
Столкновения, сильнейшие тектонические напряжения, потоки изливающейся лавы привели к разогреву поверхности Марса до огромных температур (800-1000°C) и, как следствие этого, охватившим ее пожарам. Все, что не было разрушено, сгорело в огне.
Через некоторое время окутавшие Марс плотные густые облака, состоящие из пыли, частичек сажи и воды (в виде льда?), практически лишили его солнечного света и привели к резкому понижению температуры на поверхности. Планета превратилась в царство холода и мрака. Темную, как смоль, атмосферу пронзали ослепительно яркие молнии и сокрушали мощнейшие раскаты грома.
Продолжавшаяся активная вулканическая деятельность привела к выбросу большого количества углекислого газа и паров воды и, как следствие этого, к сильному парниковому эффекту, который вместе с изливавшейся на огромных площадях лавой способствовали новому разогреву поверхности и атмосферы Марса.
В результате этого с неба хлынули огромные потоки воды.
Имеющиеся данные не дают однозначного ответа на вопрос, были ли осадки, покрывшие всю планету толстым слоем льда, в виде снега и града или они изливались дождем (“40 дней и 40 ночей”). Неясно также, был ли это “всемирный потоп” -наводнение, покрывшее всю поверхность Марса, нивелировавшее его рельеф и уничтожившее сохранившиеся следы прошлой жизни, и тогда реки и озера образовались намного позднее (после того, как океаны и моря испарились или просочились сквозь марсианский грунт); либо потоки воды с самых первых дней заполняли кратеры, рифтовые долины и русла рек вдоль многочисленных разломов марсианской коры. Хотя, если судить по широкому площадному развитию на поверхности Марса мелкозернистых песков, образовавшихся в результате размыва марсианской суши, гипотеза о “всемирном”, точнее “всемарсианском потопе”, выглядит более убедительной.

Участок марсианской почвы около 3 см в поперечнике вблизи места посадки марсохода “Возможность” (Meridiani Planum). На тонкозернистом песке разбросаны угловатые и округлые образования, которые образовались при выветривании марсианских пород. Снимок марсохода “Opportunity” (НАСА)

Не совсем понятна и продолжительность периода истории Марса, когда он вновь представлял хотя бы гипотетически пригодную для жизни планету после столкновения с астероидами. По обилию речных долин шириной от 2 км до 50-100 км с эрозионным срезом глубиной от 1 км до 10 км (это в 6-7 раз больше, чем Большой каньон в Колорадо), систем речных террас и оползней, можно предположить, что она могла длиться несколько миллионов лет.
Приводятся данные и о молодом возрасте речных долин – менее 3 млн. лет, а также о том, что в районе экватора открытые водоемы существовали еще несколько тысяч (десятков тысяч) лет назад. Это, наряду с отмеченной небольшой активностью марсианских вулканов в настоящее время (в виде тепла и выброса вулканических газов), может служить доказательством, что условия для жизни на Марсе существовали до недавнего времени (десятки тысяч – первые миллионы лет назад).
Почему Марс остыл и потерял атмосферу? Этот вопрос тесно переплетается с эволюцией жизни на нем. Я попытаюсь ответить на него в следующей статье.

Статья перепечатана с http://www.dopotopa.com/velikaya_katastrofa_na_marse.html с авторскими исправлениями и добавлениями

Telegraph

Подпишитесь на наш телеграм-канал https://t.me/history_eco