Мощные извержения вулканов на раннем Марсе могли создавать толстые ледяные покровы в районе экватора. Этот лед, если он остался под поверхностью, объяснил бы обнаруженное в этом регионе ранее повышенное содержание водорода.
Современный Марс — холодная и сухая планета, а большая часть известного водяного льда сосредоточена в полярных шапках. Однако орбитальные аппараты зафиксировали аномально высокое содержание водорода в грунте около экватора, в частности в регионах плато Меридиана и формации Медузы. Поскольку водород чаще всего входит в состав воды, эти данные указывают на возможное присутствие там массивных залежей льда.
Одна из гипотез возникновения экваториального льда предполагала, что в далеком прошлом Марс имел сильный наклон оси вращения. Это могло приводить к таянию полярных шапок и переносу воды в теплые широты. Тем не менее такая модель не полностью объясняла наблюдаемое распределение водорода. Новое исследование проверило альтернативную идею — вулканическую.
Группа планетологов провела детальное моделирование климата древнего Марса. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Ученые использовали компьютерную модель, чтобы воспроизвести условия на Красной планете в период от трех до четырех миллиардов лет назад. Они имитировали взрывные извержения вулканов, которые, как известно, происходили в ту эпоху. Основное внимание уделили двум древним вулканам — Аполлинарис и Большой Сирт, расположенным вблизи зон с аномальным содержанием водорода.
Моделирование показало, что во время мощных извержений в атмосферу выбрасывалось огромное количество водяного пара. В холодной марсианской атмосфере этот пар быстро замерзал и выпадал на поверхность в виде льда. Всего одно сильное извержение с массовой скоростью выброса воды более 100 миллионов килограммов в секунду, продолжавшееся три марсианских дня, могло создать на поверхности ледяной покров толщиной до пяти метров.
Вместе с водой вулканы выбрасывали в атмосферу серную кислоту. Это приводило к формированию плотного слоя аэрозолей, который отражал солнечный свет и провоцировал эффект «вулканической зимы». Глобальное похолодание резко замедляло таяние выпавшего льда. Скорость сублимации — испарения льда — падала с 14 до 1,3 килограмма на квадратный метр в год.
Постепенно лед покрывался слоями пыли и вулканического пепла, которые законсервировали его на миллиарды лет. Согласно модели, такой механизм мог эффективно работать при разных углах наклона оси Марса, что делает его универсальным объяснением.
Авторы научной работы показали возможный механизм формирования обширных ледяных залежей на экваторе Марса. Это может быть важно для будущей колонизации планеты, ведь доступ к водяному льду в теплых экваториальных широтах — ключ к получению воды, кислорода и ракетного топлива. Эти регионы, вероятно, станут приоритетными целями для будущих посадочных миссий.