Przejdź do treści

Aktywność wulkaniczna odpowiedzialna za zbiorniki ciekłej wody pod powierzchnią Marsa?

img

Nie znaleźliśmy dowodów na powierzchni Marsa na jego obecną aktywność wulkaniczną. Naukowcy wskazują jednak, że jeśli obserwacje obecności ciekłej wody pod biegunem południowym Marsa są prawdziwe, to wyjaśnieniem jej utrzymania może być aktywna komora wulkaniczna.

W zeszłym roku informowaliśmy o pracy naukowców analizujących dane z europejskiej sondy Mars Express. Opublikowali oni w periodyku Science artykuł przedstawiający dowody w postaci danych radarowych na obecność zbiornika ciekłej wody na obszarze o długości 20 km, znajdującym się pod powierzchnią w pobliżu bieguna południowego planety.

Teraz naukowcy z Lunar and Planetary Laboratory na Uniwersytecie w Arizonie przedstawiają wyniki symulacji termofizycznych, które mówią jakie warunki musiałyby zaistnieć, aby w odkrytym miejscu była utrzymana woda w stanie ciekłym, w idealnych chemicznych warunkach. Swoją pracę publikują w Geophysical Research Letters.

Naukowcy wskazują, że żadne stężenie nadchloranów w wodzie, ani ciśnienie w miejscu odkrycia nie byłoby w stanie utrzymać wody w stanie ciekłym w obecnych warunkach panujących na Marsie. Symulacje wskazują, że potrzebne do tego jest ciepło o przepływach wynoszących co najmniej 72 mW/m2.  Takim źródłem mogłaby być komora wulkaniczna położona przynajmniej 10 km od odkrytego zbiornika wodnego.

Aktywny wulkanizm potrzebny do istnienia ciekłego jeziora pod powierzchnią Marsa - najważniejsze informacje:

  • naukowcy wykazali, że żadna ilość soli rozpuszczonej w wodzie nie jest w stanie utrzymać jej w stanie ciekłym w odkrytym miejscu pod powierzchnią
  • do utrzymania ciekłego zbiornika podpowierzchniowego potrzebne jest lokalne źródło ciepła, którym może być komora wulkaniczna położona pod odkrytym jeziorem

mars
Biegun Południowy Marsa. To w jego okolicach radar sondy Mars Express wykrył możliwy podpowierzchniowy zbiornik ciekłej wody. Źródło: NASA.

Ciekła woda na Marsie

Obecnie na Marsie nie ma warunków, które byłyby w stanie utrzymać gdziekolwiek na powierzchni wodę w stanie ciekłym. W obecnym okresie geologicznym Marsa (okres amazoński, który trwa od ostatnich 3 miliardów lat) mogły istnieć warunki na tworzenie się tymczasowych zasobów ciekłej wody wskutek topnienia lodu podpowierzchniowego przez magmę. Jeżeli taki efekt miałby występować dzisiaj, najprawdopodobniej dotyczyłby lodowych depozytów pod biegunami planety, podobnie jak ma to miejsce na Ziemi.

W pracy na temat możliwego zbiornika wodnego pod południowym biegunem Marsa, naukowcy zasugerowali, że do utrzymania wody w stanie ciekłym mogły przyczynić się rozpuszczone sole, a w szczególności nadchlorany (sole kwasu nadchlorowego HClO4). Podejrzewa się, że sole te występują w warstwach pod powierzchnią Marsa, a ich obecność potwierdził lądownik NASA Phoenix.

Autorzy pracy zebrali razem wyniki dotychczasowych prac nad potrzebnymi warunkami do topnienia lodu podpowierzchniowego w okolicach biegunów planety i przeprowadzili symulację, która miała odpowiedzieć na pytanie przy jakich zawartościach soli, przepływie ciepła i przewodności cieplnej możliweby było powstanie obserwowanego zbiornika wodnego.

Dlaczego sól i ciśnienie nie wystarczą?

Poszukiwanymi zmiennymi w symulacjach były: zawartość i rodzaj soli rozpuszczonych w wodzie oraz ciepło dostarczane przez potencjalne źródło geotermalne.
Nadchlorany, które uwzględniono w symulacji to związki magnezu, sodu i wapnia. Dla nadchloranu sodu rozpuszczonego w wodzie temperatura topnienia wynosi -37 stopni Celsjusza, dla magnezu -68 stopni, a dla wapnia może wynosić nawet -74 stopni. Założono też, że nadchlorany koncentrują się u podstawy lodowych depozytów warstwowych pod biegunem południowym Marsa - byłyby to optymalne warunki dla powstania procesów topnienia tego lodu, przy jednoczesnym zachowaniu szacowanej gęstości tych depozytów.

Naukowcy następnie opracowali model uwzględniający obecne warunki klimatyczne na Marsie i na tej podstawie zaczęli badać różne możliwe konfiguracje zawartości nadchloranów, przewodności cieplnej depozytów lodowych i ewentualnego dodatkowego źródła ciepła pod powierzchnią.

Symulacje wykazały, że dla najbardziej optymistycznego przypadku (sole nadchloranów wapnia z koncentracją powyżej 50% i zawartością zanieczyszczeń lodu na poziomie 20%), nadal potrzebne jest dodatkowe źródło ciepła, które ogrzewałoby podstawę takiego zbiornika ciepłem 72 mW/m2. Dla nadchloranów magnezu ta wartość wynosi już 85 mW/m2, a sodu 143 mW/m2. Bez żadnych soli (sam wodny lód z zanieczyszczeniami) potrzeba już 204 mW/m^2.

Jeżeli porównamy te wymogi z obecnymi warunkami na Marsie, gdzie szacuje się, że taki zbiornik mógłby mieć dostarczone ciepło z wnętrza planety na poziomie 14-25 mW/m2, można wywnioskować, że jakieś inne procesy geotermiczne są wymagane, by taki zbiornik ciekłej wody mógł istnieć.

Naukowcy wykonali więc przy tej okazji symulację, gdzie musiałaby istnieć i jakiej wielkości być komora wulkaniczna, aby dostarczać wymaganą ilość ciepła. Okazało się, że na głębokości 8 km taka komora musiałaby mieć średnicę 5 km (przy założeniu temperatury wewnątrz powyżej 1000 stopni Celsjusza).

mars
Schemat pokazujący, gdzie musiałaby istnieć komora wulkaniczna, aby utrzymać podpowierzchniowe jezioro wody w okolicy bieguna południowego Marsa. Źródło: AGU/GRL/Sori i Bramson.

W takich warunkach po powstaniu takiej komory, po 300 000 lat podstawa depozytów lodowych osiągnęłaby temperaturę topnienia.. Te wyniki sugerują, że aktywność wulkaniczna Marsa musiałaby występować w obecnej epoce geologicznej. Naukowcy sugerują, że w niedalekiej przeszłości magma z wnętrza planety powędrowała w górę, nie wychodząc na powierzchnię planety i tworząc nowy wulkan, ale zostawiając ślady w postaci podpowierzchniowej komory, która istniałaby do dzisiaj i wygasłaby dopiero za kilkaset tysięcy lat.

Jeżeli potwierdziłyby się oszacowania wielkości takiego zbiornika wodnego (przypomnijmy, że dane radarowe wskazują na długość 20 km), to wówczas trzeba byłoby dużo większych komór magmowych, dostarczających takie ciepło czy też żył magmowych.

Podsumowanie

Naukowcy nie przesądzają, czy rzeczywiście ogłoszone w 2018 roku odkrycie jeziora podpowierzchniowego na Marsie jest prawdziwe, ale podają jakie warunki musiałyby być dla niego spełnione.

Na pewno wysłana w 2018 roku sonda InSight pomoże w zrozumieniu procesów zachodzących we wnętrzu Marsa. Swój udział będzie w tym miał instrument Heat Probe, który za pomocą polskiego penetratora geologicznego wbije się w marsjański grunt i zbada przepływy ciepła. Będzie to pierwsza taka bezpośrednia obserwacja i pozwoli na pewno stworzyć lepsze geotermalne modele dla przyszłych symulacji. 

Źródło: Geophysical Research Letters/AGU

Więcej informacji:

Na zdjęciu: Dawny wulkan marsjański Olympus Mons, widziany z orbity. Źródło: NASA/JPL.