Гидросфера Марса

Полярная шапка Марса

Гидросфера Марса — это совокупность водных запасов планеты Марс, представленная водным льдом в полярных шапках Марса, льдом под поверхностью, и возможными резервуарами жидкой воды и водных растворов солей в верхних слоях литосферы Марса. Гидросфера Марса вследствие господствующих низких температур на Марсе, и нахождении запасов воды в твердом состоянии также называется криолитосферой.

Поиски воды на Марсе

Марс весьма схож с Землей по многим показателям, что заставляло учёных XIX-начала XX века допускать, что на нём есть жизнь и есть жидкая вода. По мере роста объёма данных о планете, люди придумали способы для изучения атмосферы Марса, и поиска воды в атмосфере с помощью спектроскопических измерений. Оказалось, что воды в атмосфере Марса было найдено ничтожно малое количество, однако исследования были продолжены.

На смену астрономическим наблюдениям и спектроскопическому измерению, с началом эры космонавтики пришло и прямое изучение Марса и поисков воды на нём с помощью межпланетных зондов. Прежде всего внимание исследователей привлекли полярные шапки Марса, так как предполагалось, что они состоят из водного льда по аналогии с Антарктидой или Гренландией на Земле. При пристальном изучении с помощью современной аппаратуры в 2000 году было подтверждено, что помимо твердого углекислого газа, в массе льдов марсианских полярных шапок содержится колоссальное количество твёрдого водного льда.

Объёмы запасов воды на Марсе

В настоящее время открытые и достоверно установленные объёмы воды на Марсе составляют около 4,7 млн. км^{3[источник?]}, и сосредоточены преимущественно в так называемой криосфере - приповерхностном слое вечной мерзлоты мощностью в десятки и сотни метров. В основном такие отложения водного льда расположены в крупных равнинных бассейнах, а массивы льда толщиной до 4 км сосредоточены в полярных шапках^{[источник?]}. Существуют предположения что под полярными шапками могут существовать довольно крупные реликтовые озера жидкой и солёной воды. Исходя из собранных научных данных, существующие в настоящее время запасы воды (в форме льда) во всём объёме криолитосферы Марса предположительно составляют 7,7·10²² грамм (77 млн. км³).

В тоже время процессы иссушения на Марсе привели к сокращению нижней границы вечной мерзлоты на несколько сотен метров. Если из общего объёма криолитосферы Марса вычесть объем сухих и оттаявших снизу пород, то предположительное содержание воды в мерзлых породах Марса составит 5,4·10²² грамм (54 млн. км³). Количество воды, подсчитанное таким образом, во много раз превышает количество воды в полярных шапках Марса (~2·10²¹грамм), и судя по всему, представляет собой значительную часть общих запасов свободной воды, выделившейся за геологическую историю Марса. Математический расчёт показывает, что в случае равномерного распределения воды содержащейся ныне в криолитосфере, по поверхности Марса, то образовался бы гигантский океан со средней глубиной в несколько сотен метров. Также существует предположение что под криолитосферой Марса существует область подмерзлотных солёных вод, о количестве которых пока трудно что-либо сказать, но предположительно они огромны.

Очень большое значение при оценке водных запасов Марса играет недавнее открытие колоссальных запасов водного льда под поверхностью Южной полярной шапки. Ранее считалось что южный полюс Марса в основном представлен запасами замерзшего углекислого газа, но оказалось что объёмы водного льда под его поверхностью настолько велики что позволяют при его растоплении покрыть поверхность всего Марса 11-и метровым слоем воды. По предварительным оценкам американских ученых, запасы воды на Южном полюсе Марса сравнимы с запасами воды Северной полярной шапки Марса, и толщина льдов здесь достигает 3,7 км.

Влияние на климат Марса

Марс как и Земля имеет длительную историю своего развития, и ряд эпох в этой истории привлекают внимание ученых своим отличием от той климатической обстановки, которая господствует на красной планете в нынешнее время. В частности, особенно привлекает внимание людей в истории Марса наличие гигантских океанов на его поверхности, плотной атмосферы и высоких температур. Наличие морей на Марсе в прошлом было подтверждено экспедициями автоматов Спирит и Оппортьюнити в 2003-2004 годах. Изучение этих эпох марсианской истории позволяет узнать много нового не только о Марсе, но и о других планетах и их развитии. Большой интерес в геологическом прошлом планеты Марс, вызывают два промежутка времени — Гесперийская эра, и Амазонийская эра.

Гесперийская эра

В Гесперийскую эру (3,5-2,5 млрд. лет назад) Марс достиг вершины своей эволюции и имел постоянную гидросферу. Северную равнину планеты, в ту эру занимал соленый океан объемом до 15-17 млн. км³, и глубиной 0,7-1 км (для сравнения, Северный Ледовитый океан Земли имеет объем 18,07 млн. км³). В отдельные промежутки времени, этот океан распадался на два. Один океан, округлый, заполнял бассейн ударного происхождения в районе Утопии, другой, неправильной формы – район Северного полюса Марса. В умеренных и низких широтах было много озер и рек, на Южном плато - ледники. Марс обладал очень плотной атмосферой, аналогичной той, которая в то время была у Земли, при температуре у поверхности доходившей до 50°С, при давлении свыше 1 атмосферы. Вполне вероятно что, в Гесперийскую эру на Марсе существовала и биосфера: в трех метеоритах марсианского происхождения АLН 84001, Накла и Шерготти группой американских ученых были обнаружены образования, схожие с окаменелыми останками микроорганизмов возрастом от 4 млрд и до 165 миллионов лет.

Амазонийская эра

В Амазонийскую эру (около 2,5-1 млрд. лет назад) климат на Марсе стал катастрофически быстро меняться. Происходили мощнейшие, но постепенно затухающие глобальные тектонические и вулканические процессы, в ходе которых возникли крупнейшие в Солнечной системе марсианские вулканы (Олимпус Монс), несколько раз сильно изменялись характеристики самой гидросферы и атмосферы, появлялся и исчезал Северный океан. Катастрофические наводнения, связанные с таянием криосферы привели к образованию грандиозных каньонов: в долину Арес Валлис с южных нагорий Марса стекал поток полноводнее Амазонки; расход воды в долине Касей превышал 1 млрд. м³/с. Миллиард лет назад активные процессы в литосфере, гидросфере и атмосфере Марса прекратились и он принял современный облик. Виной глобальных катастрофических изменений марсианского климата считаются большой эксцентриситет орбиты и неустойчивость оси вращения, вызывающие огромные, до 45%, колебания потока солнечной энергии, падающей на поверхность планеты; слабый приток тепла из недр Марса, обусловленный небольшой массой планеты, и высокая разрежённостью атмосферы, обусловленная высокой степенью её диссипации.

Потенциал для терраформации

• См. также: Колонизация Марса

Марс наиболее подходящий кандидат на терраформацию (площадь поверхности ~ 144,8 млн.км² что является 28.4 % поверхности земли). Ускорение свободного падения на поверхности Марса составляет 3,72м/с², а уровень солнечной энергии воспринимаемой Марсом составляет 43 % от уровня принимаемого поверхностью Земли. В настоящее время Марс представляет собой безжизненную планету, больше похожую на Луну чем на Землю. В тоже время, полученный объём информации о Марсе говорит о том что некогда природные условия на нём были благоприятны для поддержания и возможного зарождения жизни. Марс располагает огромными количествами водного льда и несёт на своей поверхности многочисленные следы своего благоприятного климата в прошлом (речные долины, отмели пляжей, залежи глин и многое другое).

Многие современные учёные ^{[источник?]} уверены в том, что возможно нагреть планету и создать на ней более или менее плотную атмосферу. NASA проводит околонаучные дискуссии по этому поводу.

Однако в этом направлении есть несомненные трудности, которые мешают терраформировать Марс или какую-либо другую планету в настоящее время. Гигантские запасы воды и связанного кислорода в составе пероксидов и озонидов в почве Марса дают прочное основание предполагать, что при воздействии на марсианский климат станет вполне возможным терраформирование этой планеты. В этом направлении необходимы огромные усилия всего человечества, и уже в нынешнее время вполне по силам организация финансово-технических образований (клубов, обществ и компаний) на Земле предназначенных для освоения и будущего изменения климатических условий Марса. В настоящее время земляне очень хорошо освоили использование ядерной энергии, однако до сих пор нерешёнными остаются важные проблемы, связанные с транспортировкой энергетического оборудования на Марс и его обслуживанием на самой планете.

В то же время сам по себе Марс обладает весьма значительными ресурсами металлов, и в том числе и ресурсами ядерного топлива (уран, торий) и при наладке на Марсе промышленности и значительном использовании ядерного топлива соответственно предполагается колоссальное количество сбросного тепла в атмосферу Марса.

Одним из важнейших технологических препятствий для освоения не только Марса, но и других планет является то обстоятельство что в настоящее время слишком ограничены возможности космических транспортных средств, и в этой связи большие надежды возлагаются на газофазные ядерные ракетные двигатели. Только при наличии ядерных ракетных двигателей обладающими колоссальной тягой, надёжностью и скоростью, станет вполне возможным доставка предназначенных для начального этапа терроформации тяжелых грузов к Марсу, а в перспективе даже и астероидов из водно-аммиачного льда предназначенных для наполнения атмосферы и гидросферы Марса азотом, водой и кислородом. Предположительно астероиды могут вывозиться из пояса астероидов и даже из пояса Койпера с помощью ракет или солнечных парусов.

Терраформирование Марса может происходить как при прямом введении в его атмосферу искусственно изготовляемых парниковых газов (фреонов), так и нагреве поверхности планеты с помощью направленного орбитальными зеркалами солнечного излучения и затемнения поверхности полярных шапок сажей или полимерными плёнками, и косвенно при освоении Марса и его полезных ископаемых (металлургия, горные взрывные работы и проч). Оба процесса могут происходить одновременно и вносить большой вклад в изменение климата Марса. Например, развитие масштабной ядерной, а в перспективе и термоядерной энергетики позволит, так или иначе, высвобождать огромные объёмы вторичного тепла в атмосфере, а в перспективе и в гидросфере Марса. Так, например, при наладке крупной энергетики и выработке водорода и кислорода для наземного марсианского транспорта, космических кораблей и энергоснабжения поселений могут возникнуть условия для высвобождения больших объёмов тепловой энергии в атмосфере. В совокупности общий объём энергетики должен будет нагревать атмосферу Марса, и способствовать при таянии полярных шапок значительному парниковому эффекту.

Основные способы терраформирования Марса

• Выброс в атмосферу Марса искусственных парниковых газов: тетрафторметан, октофторпропан.
• Затемнение поверхности полярных шапок: сажа, напыляемые полимерные плёнки, взрывное уменьшение альбедо.
• Орбитальный прогрев поверхности полярных: космические сверхлегкие орбитальные зеркала.
• Бомбардировка астероидами: водно-аммиачные льды.
• Техногенная деятельность: выброс тепла атомными электростанциями и транспортом, потоки тепла от купольных поселений.
• Биогенное воздействие: введение земных бактерий и водорослей устойчивых на Марсе (Chroococcidiopsis sp, Matteia sp, Deinococcus radiodurans, и др).

См.также

• Марс
• Колонизация Марса
• Полярная шапка

Ссылки

• Океаны Марса
• История исследования Марса
• Scientific.ru: Не слишком ли много воды на Марсе?
• Mars, Water and Life
• На поверхности Марса обнаружен "молодой" ледник