Солнце за последние миллиарды лет стало ярче, давая Земле возможность сохранять климат, подходящий для сложной жизни. Марс имел такой климат несколько миллиардов лет назад, но со временем стал слишком холодным, несмотря на всё более жаркие солнечные лучи. Авторы нового исследования предположили, что именно древний теплый климат стал причиной превращения четвертой планеты в холодную пустыню.
На трех планетах земной группы в Солнечной системе углекислый газ играет главную роль в регулировании климата. В отличие от водяного пара, он сравнительно устойчив к замерзанию, но также хорошо поглощает инфракрасное излучение, согревая планеты. Поэтому давний парадокс молодого теплого Марса — то, что когда-то эта планета была достаточно теплой для рек и морей, а потом стала холодной — уже давно пытаются разрешить, предполагая, что когда-то атмосфера из СО2 там была более плотной, а затем истончилась.
Ранее считалось, что причиной стало испарение газа в космос вследствие отсутствия магнитного поля. Однако эта гипотеза не подтвердилась: при большой утечке углекислого газа на планете сохранилась бы повышенная концентрация тяжелых изотопов углерода, чего не наблюдается. Таким образом, главный парниковый компонент атмосферы исчез по другой причине, а не из-за магнитного поля.
Международная группа ученых предложила альтернативное объяснение. Ученые ссылаются на залежи карбонатов, обнаруженные марсоходом Curiosity в районе кратера Гейл. Принимая во внимание оцениваемую толщину этих отложений и экстраполируя ее на всю планету, исследователи пришли к выводу, что именно образование этих минералов сделало четвертую планету холодной и сухой. опубликовали в журнале Nature.
Образование карбонатов, например CaCO₃, на Земле происходит при взаимодействии воды с растворенным углекислым газом и материалами, содержащими кальций. В природных условиях растворение карбонатов возможно лишь в кислых средах или под высоким давлением. Исследователи предложили модель, где теплые условия на древнем Марсе позволяли образовывать карбонаты, но не создавали условий для их растворения с выделением углекислого газа в атмосферу.
Образование карбонатов шло без остановок: накапливались, но не растворялись. По расчетам, если условия кратера Гейл, где работал марсоход NASA, достаточно типичны для Марса, таким образом может быть связано на порядок больше CO2, чем в атмосфере планеты сегодня. Без этого Марс был бы на десятки градусов теплее. Таким образом, периодические теплые периоды на четвертой планете (например, из-за временного улучшения инсоляции) стали главной причиной обеднения ее парниковыми газами и последующих похолоданий.
Предположение кажется логичным: в отличие от потери CO2 в космос, образование карбонатов не «отбирает» легкий углерод из атмосферы планеты. Это значит, наблюдаемое соотношение изотопов углерода на Марсе согласуется с карбонатным механизмом его охлаждения.
Исследователи проигнорировали тот факт, что на Марсе почти нет азота, хотя на Земле его 78 процентов атмосферы. По мнению многих планетологов, поначалу сходная картина была и на четвертой планете. Другие научные группы вычислили, что хотя сам азот не парниковый газ, от его количества в атмосфере сильно изменяется эффективность удержания ИК-излучения СО2. То есть он косвенно существенно влияет на парниковый эффект.
Если принять во внимание этот факт, то объяснить феномен превращения теплого и влажного древнего Марса в современную холодную пустыню без ответа на вопрос о судьбе азота проблематично. Исследования Curiosity выявили высокое содержание нитратов (солей азота) в марсианском грунте, до 1100 частей на миллион в отдельных образцах. Следовательно, трудно исключить возможность того, что и эта часть атмосферы каким-то образом связалась с грунтом химически.
Дебаты о причинах превращения Марса в холодный мир имеют не только академический интерес. SpaceX Илона Маска намеревается начать терраформирование планеты. Если в марсианской почве действительно много связанного углерода и азота, нагрев планеты даже на несколько градусов может запустить парниковый эффект. В таком случае атмосфера Марса будет удерживать тепло все лучше. Некоторые исследователи предполагают, что такой процесс завершится средней температурой Марса +15 градусов — как у современной Земли.
