Подземные воды на Марсе - Groundwater on Mars

Считается, что сохранение и закрепление стратиграфии эоловых дюн в Бернс-Клифф в Кратере Эндюранс контролировалось потоком неглубоких грунтовых вод.

В прошлые века на Марсе шел дождь и снег ; особенно в эпоху Ноя и раннюю Гесперию . Некоторая влага проникла в землю и образовала водоносные горизонты . То есть вода уходила в землю, просачивалась вниз, пока не достигла образования, которое не позволяло бы ей проникать дальше (такой слой называется непроницаемым). Затем вода накапливалась, образуя насыщенный слой. Глубокие водоносные горизонты все еще могут существовать.

Обзор

Исследователи обнаружили, что на Марсе существует система грунтовых вод, охватывающая всю планету, и несколько характерных особенностей планеты были созданы под действием грунтовых вод . Когда вода поднималась на поверхность или у поверхности, откладывались различные минералы, и осадки цементировались. Некоторые из минералов были сульфатами , которые, вероятно, образовались, когда вода растворяла серу из подземных пород, а затем окислялись при контакте с воздухом. Во время прохождения через водоносный горизонт вода прошла через вулканический базальт , который должен был содержать серу.

В водоносном горизонте вода занимает открытое пространство (поровое пространство), которое находится между частицами породы. Этот слой распространится и в конечном итоге окажется под большей частью поверхности Марса. Верхняя часть этого слоя называется водным зеркалом . Расчеты показывают, что уровень грунтовых вод на Марсе какое-то время находился на 600 метров ниже поверхности.

Инсайт шлюпка обнаружены в сентябре 2019 необъяснимые магнитные импульсы и магнитные колебания в соответствии с существующей планеты шириной резервуара жидкой воды глубоко под землей.

Исследователи пришли к выводу, что кратер Гейла пережил много эпизодов нагнетания грунтовых вод с изменениями химического состава грунтовых вод. Эти химические изменения поддержали бы жизнь.

Слоистая местность

Слои могут быть образованы подземными водами, поднимающимися вверх, откладывая минералы и цементируя отложения. Следовательно, закаленные слои лучше защищены от эрозии. Этот процесс может происходить вместо образования слоев под озерами.

В некоторых местах на Красной планете видны группы слоистых пород. Слои горных пород присутствуют под прочными крышками кратеров на пьедесталах , на дне многих крупных ударных кратеров и в районе под названием Аравия. В некоторых местах слои выстраиваются в регулярные узоры. Было высказано предположение, что слои были созданы вулканами, ветром или находились на дне озера или моря. Расчеты и моделирование показывают, что грунтовые воды, несущие растворенные минералы, будут выходить на поверхность в тех же местах, где есть обильные слои горных пород. Согласно этим представлениям, глубокие каньоны и большие кратеры будут получать воду, идущую из-под земли. Многие кратеры в районе Аравии на Марсе содержат группы слоев. Некоторые из этих слоев могли возникнуть в результате изменения климата.

Наклон оси вращения Марса в прошлом неоднократно менялся. Некоторые изменения большие. Из-за этих климатических изменений иногда атмосфера Марса была бы намного толще и содержала бы больше влаги. Количество атмосферной пыли также увеличилось и уменьшилось. Считается, что эти частые изменения способствовали отложению материала в кратерах и других низинах. Подъем богатых минералами грунтовых вод укрепил эти материалы. Модель также предсказывает, что после того, как кратер заполнится слоистыми породами, в области вокруг кратера появятся дополнительные слои. Итак, модель предсказывает, что слои также могли образоваться в межкратерных областях; слои в этих регионах не наблюдались.

Слои могут укрепляться под действием грунтовых вод. Марсианские грунтовые воды, вероятно, переместились на сотни километров и при этом растворили много минералов из породы, через которую прошли. Когда грунтовые воды покрывают низкие участки, содержащие отложения, вода испаряется в разреженной атмосфере и оставляет после себя минералы в виде отложений и / или вяжущих веществ. Следовательно, слои пыли не могли позже легко разрушиться, поскольку они были скреплены вместе. На Земле богатые минералами воды часто испаряются, образуя большие залежи различных типов солей и других минералов . Иногда вода протекает через водоносные горизонты Земли, а затем испаряется на поверхности, как это предполагается для Марса. Одно место это происходит на Земле является Большой Артезианский бассейн в Австралии . На Земле твердость многих осадочных пород , таких как песчаник , в значительной степени обусловлена ​​цементом, который образовался при прохождении воды.

В феврале 2019 года европейские ученые опубликовали геологические свидетельства существования древней всемирной системы подземных вод, которая, возможно, была связана с предполагаемым огромным океаном.

Слои кратера Кроммелин

Слои в кратере Дэниэлсона

  • Слоистая насыпь на дне кратера Дэниэлсон, как видно из HiRISE в рамках программы HiWish

  • Крупным планом, цветной вид слоев и темной пыли на дне кратера Дэниэлсона, как видно с HiRISE в рамках программы HiWish

  • Вблизи, цветной вид слоев и темной пыли на дне кратера Дэниэлсона, видимый HiRISE в рамках программы HiWish. На изображении видны валуны.

  • Крупным планом - слои на дне кратера Дэниэлсон, видимые HiRISE в рамках программы HiWish. На изображении видны некоторые разломы.

  • Слои в кратере Дэниэлсона, видимые HiRISE в рамках программы HiWish. Поле представляет размер футбольного поля.

  • Крупный план слоев кратера Дэниэлсона, видимый HiRISE в рамках программы HiWish - видны валуны, а также темный песок.

Перевернутая местность

Многие области Марса имеют перевернутый рельеф . В этих местах бывшие русла ручьев отображаются в виде приподнятых русел, а не долин ручьев. Повышенные слои образуются, когда старые русла ручьев заполняются материалом, устойчивым к эрозии. После того, как более поздняя эрозия удаляет окружающие мягкие материалы, остаются более стойкие материалы, отложившиеся в русле ручья. Лава - это вещество, которое может стекать по долинам и создавать такую ​​перевернутую местность. Однако довольно рыхлые материалы могут стать довольно твердыми и устойчивыми к эрозии при цементировании минералами. Эти минералы могут поступать из грунтовых вод. Считается, что низкая точка, такая как долина, концентрирует грунтовый поток, поэтому больше воды и цемента перемещается в нее, и это приводит к большей степени цементирования.

Однако инверсия ландшафта может происходить и без цементации грунтовыми водами. Если поверхность подвергается эрозии ветром, необходимый контраст эрозии может возникнуть просто из-за различий в размере зерен рыхлых отложений. Так как ветер может уносить песок, но не булыжники, например, русло канала, богатое булыжником, могло бы образовать перевернутый гребень, если оно изначально было окружено более мелкими отложениями, даже если осадки не были зацементированы. Этот эффект был активирован для каналов в кратере Сахеки .

Места на Марсе, которые содержат слои на дне кратеров, часто также имеют перевернутый рельеф.

  • Перевернутый канал в кратере Миямото , вид HiRISE . Масштабная линейка имеет длину 500 метров.

  • Контекстное изображение CTX для следующего изображения, сделанного с помощью HiRISE. Обратите внимание: длинный гребень, пересекающий изображение, вероятно, старый ручей. Поле указывает область для изображения HiRISE. Изображение расположено в четырехугольнике Margaritifer Sinus .

  • Пример перевернутого ландшафта в районе Парана-Валлес , видимый HiRISE в рамках программы HiWish. Изображение расположено в четырехугольнике Margaritifer Sinus .

Свидетельства апвеллинга грунтовых вод

Космический корабль, отправленный на Марс, предоставил множество доказательств того, что грунтовые воды являются основной причиной образования многих слоев горных пород на планете. Opportunity Rover изучил некоторые районы со сложными инструментами. Наблюдения Оппортьюнити показали, что грунтовые воды неоднократно поднимались на поверхность. Доказательства того, что вода неоднократно выходила на поверхность, включают конкреции гематита (так называемые «синие ягоды»), цементацию отложений, изменение отложений и обломки или скелеты образовавшихся кристаллов. Чтобы произвести скелетные кристаллы, растворенные минералы откладывались в виде минеральных кристаллов, а затем кристаллы растворялись, когда на поверхность выходило больше воды в более позднее время. Форму кристаллов еще можно было разглядеть. Когда он путешествовал по поверхности Марса, Opportunity обнаружил гематит и сульфаты во многих местах, поэтому предполагается, что такие же типы отложений широко распространены, как и предсказывала модель.

  • Отверстия (каверны) в скальной породе в форме кристаллов, которые были там, но с тех пор растворились, как это видно с Opportunity Rover. Отверстия имеют форму оригинальных кристаллов.

"Черника" (гематитовые сферы) на скалистом обнажении у кратера Орла. Обратите внимание на объединенную тройку в верхнем левом углу.

Орбитальные зонды показали, что тип скалы вокруг Opportunity присутствовал на очень большой территории, включая Аравию, которая примерно равна Европе . Спектроскоп , называется ЦНИИ КМ на Reconnaissance Orbiter Mars нашел сульфаты во многих из тех же местах , что модель апвеллинга воды предсказывала, в том числе некоторых районов Аравии. Модель предсказала отложения в каньонах Valles Marineris ; эти отложения были обнаружены и содержат сульфаты. Также было обнаружено, что в других местах, где предполагается наличие восходящей воды, например, в районах хаоса и каньонах, связанных с крупными оттоками, сульфаты. Слои встречаются в местах, предсказанных этой моделью испарения грунтовых вод с поверхности. Они были обнаружены Mars Global Surveyor и HiRISE на борту Mars Reconnaissance Orbiter. Слои наблюдались вокруг места, где приземлился Opportunity, и в соседней Аравии. Земля под крышкой кратеров пьедестала иногда бывает многослойной. Крышка кратера пьедестала защищает находящийся под ним материал от эрозии. Принято считать, что материал, который сейчас находится только под крышкой кратера пьедестала, раньше покрыл весь регион. Следовательно, слои, которые теперь только что видны под кратерами пьедестала, когда-то покрывали всю территорию. Некоторые кратеры содержат насыпи слоистого материала, которые простираются над краем кратера. Кратер Гейла и Кроммелин (марсианский кратер) - это два кратера, в которых находятся большие холмы. Согласно этой модели, такие высокие курганы образовывались слоями, которые сначала заполняли кратер, а затем продолжали нарастать вокруг окружающей области. Позднее эрозия удалила материал вокруг кратера, но в кратере остался холм, который был выше его края. Обратите внимание, что хотя модель предсказывает апвеллинг и испарение, которые должны были образовать слои в других областях (северные низины), эти области не показывают слои, потому что слои были сформированы давно, в раннюю гесперскую эпоху и, следовательно, впоследствии были погребены более поздними отложениями.

Убедительные доказательства того, что грунтовые воды образуют озера в глубоких кратерах, были описаны группой европейских ученых в феврале 2019 года. В исследованных кратерах не было ни входов, ни выходов; следовательно, вода для озера должна была идти из земли. Дно этих кратеров находилось примерно на 4000 м ниже марсианского «уровня моря». Детали и минералы на дне этих кратеров могли образоваться только в присутствии воды. Некоторые из особенностей были дельтами и террасами. Среди исследованных кратеров были Ояма, Петтит, Саган, Томбо, Маклафлин, дю Мартере, Николсон, Кюри и Ваху. Кажется, что если кратер был достаточно глубоким, вода вышла из-под земли и образовалось озеро.

Кратеры пьедестала

  • Дно кратера Тихонравова с двумя кратерами на пьедестале, как это видно из Mars Global Surveyor. Щелкните изображение, чтобы увидеть темные полосы и слои откосов. Изображение в четырехугольнике Аравии .

  • Темные полосы и слои на склоне у вершины кратера пьедестала, видимые HiRISE в рамках программы HiWish . Изображение в четырехугольнике Аравии .

  • Кратеры пьедестала образуются, когда выбросы от ударов защищают нижележащий материал от эрозии. В результате этого процесса над окружающей средой появляются кратеры.

  • Темные полосы и слои на склоне возле кратера пьедестала, видимые HiRISE в рамках программы HiWish. Слои были защищены вершиной кратера пьедестала. Изображение в четырехугольнике Аравии .

Смотрите также

Рекомендации