Исследователи из Университета Аризоны изучили марсианские метеориты, чтобы узнать больше о прошлом нашего соседа. Они получили довольно любопытные результаты: учёные предполагают, что у древнего Марса не было глобального океана магмы.
На ладони Джессики Барнс лежит древняя мозаика, состоящая из стекла, минералов и камней. Это кусочек марсианского метеорита, известного как NWA 7034 или “Чёрная красавица”. Он образовался в результате слияния различных частиц марсианской коры и грунта в условиях сильного столкновения.
Джессика Барнс – доцент кафедры планетологии Лаборатории изучения Луны и планет Университета Аризоны. Она вместе со своей командой известна исследованиями метеорита ALH 84001 – того самого, в котором в 90-х годах XX века обнаружили микроскопические структуры, напоминающие окаменелые бактерии. Теперь Барнс занимается исследованиями “Чёрной красавицы”, пытаясь выудить из небольшого количества данных какие-то сведения о геологической истории Марса и присутствии воды на Красной планете.
Анализ группы Барнс был опубликован в виде научной статьи в журнале Nature Geoscience. Это исследование показывает, что, вероятно, Марс был обогащён водой из двух совершенно различных источников. Это подразумевает то, что на Марсе, в отличие от Земли и Луны, никогда не существовало океана магмы, полностью охватывающего планету. Вероятно, такое возможно в случае столкновения планетезималей с различным содержанием воды в их составе. По словам Джессики:
Эти два независимых источника воды могли бы нам кое-что рассказать о тех космических телах, из которых формировались планеты во внутренней части Солнечной системы. В этом контексте также большое значение имеет оценка обитаемости Марса в прошлом.
О роли воды
Множество людей пытается проследить историю воды на Марсе. Откуда она там взялась? Как долго находилась в коре или на поверхности? Что вода может рассказать нам о процессах формирования Красной планеты?
Барнс и её команда получили наиболее полное представление об истории воды на Марсе, используя в качестве ориентира изотопы водорода. Самый лёгкий из изотопов водорода – протий – содержит в своём ядре один протон. Более тяжёлый изотоп называют дейтерием; помимо протона в его ядре также содержится один нейтрон. Соотношение этих двух изотопов сигнализирует учёному-планетологу о процессах и возможном происхождении воды в горных породах и минералах, в которых эти изотопы обнаружены.
Метеоритная загадка
Исследователи регистрировали соотношение изотопов водорода в метеоритах в течение двадцати лет. Данных было полно, и, похоже, в них просматривался незначительный тренд.
Вода, содержащаяся в земных породах, не сильно отличается от океанской: соотношение дейтерий/протий в ней примерно равно 1:6420. В атмосфере Марса ситуация иная – там, по большей части, преобладает дейтерий, так как протий, вероятно, был унесён с планеты солнечным ветром.
Команда Барнс определила соотношение изотопов водорода в марсианской коре, изучая образцы метеоритов ALH 84001 и NWA 7034. Последний был особенно полезен, так как представлял собой совокупность пород из различных эпох геологической истории Марса.
Соотношения изотопов водорода в этих двух метеоритах находились между значениями соотношений в земной породе и марсианской атмосфере. Кажется, подобное соотношение имело место в течение всей геологической истории Марса: это подтверждается как результатами других исследований, так и измерениями марсохода NASA Curiosity.
Исследователям показалось немного странным, что соотношение изотопов в атмосфере Марса менялось с течением времени, в то время как в коре оно оставалось примерно постоянным. Кроме того, им не давал покоя факт отличия составов марсианской коры и марсианской мантии.
Поэтому не получится объяснить постоянное соотношение изотопов водорода в коре Красной планеты какими-то процессами в атмосфере. Но мы знаем, как образуется кора планеты – она формируется из расплавленного материала недр планеты, который застывает на поверхности.
Изначальная гипотеза, которая была выдвинута ещё до проведения данной работы, заключалась в том, что во внутренней части Марса соотношение изотопов водорода похоже на таковое у Земли (было примерно постоянным) и изменения этого соотношения могли быть вызваны лишь ошибками наших измерений, либо взаимодействием с атмосферой.
Идея о том, что внутренности Красной планеты напоминают таковые у Земли возникла благодаря исследованию одного метеорита, который, предположительно, состоял из вещества марсианской мантии. Но Барнс отмечает:
Марсианские метеориты могли сформироваться в любой части планеты. Попытка понять, является ли тот или иной метеорит кусочком марсианской мантии, всегда была своего рода вызовом. Тот факт, что наши данные по коре столь разнились, побудило нас к изучению научной литературы и дополнительных исследований.
Учёные обнаружили, что два геохимически различных типа марсианских вулканических пород – обогащённые и обеднённые шерготтиты – содержат воду с различными соотношениями изотопов водорода. Обогащённые шерготтиты содержат больше дейтерия, чем обеднённые, которые более схожи с земными породами.
Оказалось, что усреднённое значение соотношений изотопов водорода в смеси этих пород даёт те значения, что группа Барнс получила для марсианской коры. Она и её коллеги считают, что шерготтиты являются маркерами двух различных источников воды на Марсе. Резкое различие намекает им на то, что вода могла попасть на Марс более чем из одного источника. И что у Красной планеты никогда не было глобального магматического океана.