Северная ледяная шапка Марса на удивление молода

Фото из открытых источников

Если вы когда-либо смотрели на Марс в телескоп, вы, вероятно, заметили две его полярные ледяные шапки. Северная состоит в основном из водяного льда — наиболее очевидный признак того, что Марс когда-то был более влажным и теплым миром. Группа исследователей из Немецкого аэрокосмического центра (DLR) использовала эту ледяную шапку, чтобы сделать удивительные открытия о ней и о том, что она рассказывает нам о недрах Марса.

По словам Адриена Броке и группы планетологов DLR, северная полярная шапка на Марсе довольно молодая. Они выяснили это, применив методы, используемые для измерения того, как ледяные щиты на Земле влияют на ее поверхность. Эффект, который оказывает широко распространенное оледенение, называется «ледниковой изостатической регулировкой», и он все еще происходит в таких местах, как Скандинавия. По сути, это постоянное движение суши, поскольку поверхность Земли деформируется под действием веса льда. Скорость деформации зависит от конкретных характеристик подстилающей мантии.

Большие площади нашей планеты время от времени покрывались толстыми ледниковыми покровами. В последний раз это произошло во время ледникового периода, который закончился около 11 700 лет назад. Эти покровы «отягощали» поверхность, сжимая ее. По мере таяния ледников поверхность начала подниматься обратно в процессе, называемом «изостатическим отскоком». Скорость как опускания, так и последующего восходящего движения говорит кое-что о недрах Земли, особенно о мантии. Представьте, что вы надавливаете на губку, а затем наблюдаете, как она расширяется, когда вы убираете руку.

Броке и его команда решили измерить ледниковый изостатический отскок на Марсе под северной ледяной шапкой. Он имеет ширину около 1000 километров и толщину три километра. Они изучали его формирование, объединяя модели термической эволюции планеты с расчетами ледникового изостатического регулирования, а также гравитационные, радиолокационные и сейсмические наблюдения.

Команда пришла к выводу, что марсианская северная полярная шапка довольно молодая, и она вдавливает землю под собой. «Мы показываем, что ледяной щит вдавливает лежащую под ним землю в мантию со скоростью до 0,13 миллиметра в год», — сказал Броке. По словам члена команды Аны-Каталины Плесы, это довольно небольшая деформация. «Небольшие скорости деформации указывают на то, что верхняя мантия Марса холодная, очень вязкая и намного жестче, чем верхняя мантия Земли», — сказала она.

Итак, как измерения льда, отягощающего поверхности планет, могут рассказать нам так много? Помните, что каменистые планеты, такие как Земля и Марс, находятся в состоянии постоянных изменений. Эти изменения могут варьироваться от кратковременных событий, таких как извержения вулканов, до длительных, таких как ледниковые периоды. Каждое изменение влияет на поверхность, как и скорость, с которой поверхность деформируется и «отскакивает». Ученые, изучающие Землю, используют такие методы, как изучение ледниковой изостатической корректировки, чтобы исследовать глубины под поверхностью и понять характеристики этих слоев.

Когда лед давит на поверхность, величина проседания зависит от вязкости мантии. Это мера того, насколько каменистые материалы мантии сопротивляются течению. Породы мантии Земли более чем в триллион раз более вязкие, чем асфальт. Однако они все равно деформируются и текут в геологических масштабах времени в миллионы лет. Используя данные радара и другие методы для изучения скорости проседания и отскока поверхности Земли, ученые могут определить вязкость мантии. Как оказалось, если применить те же методы к Марсу, он преподносит некоторые сюрпризы, включая, казалось бы, холодный северный полюс и недавно вулканически активные экваториальные регионы.

Чтобы понять, почему внутренняя часть Марса такая, какая она есть, нужны оценки гравитационного поля Марса (которое меняется), сейсмические измерения, сделанные посадочным модулем InSight, и другие данные. Все они помогают определить скорости опускания и отскока на поверхности и внутренней части Красной планеты. Результат? Похоже, что поверхность под северным полюсом Марса не имела достаточно времени, чтобы полностью деформироваться под тяжестью льда. Группа Броке оценивает, что площадь поверхности северного полюса Марса в настоящее время опускается со скоростью до 0,13 миллиметра в год. Чтобы это происходило так медленно, вязкость верхней мантии говорит нам, что внутренняя часть Марса довольно холодная.

Измерения команды показывают, что ледяная шапка молодая — намного моложе, чем любая другая крупномасштабная структура, наблюдаемая на планете. Скорее всего, ей от 2 до 12 миллионов лет.

Другие места на планете могут быть не такими холодными, как полярные регионы. «Хотя мантия под северным полюсом Марса оценивается как холодная, наши модели все же способны предсказать наличие локальных зон расплава в мантии вблизи экватора», — сказала соавтор исследования Дорис Брейер.

Эти результаты представляют собой первый случай, когда ученые обнаружили, что ледниковая изостатическая регулировка действует на другой каменистой планете. Будущие миссии на Марс могут включать больше инструментов для измерения подъема и опускания марсианской поверхности в ответ на оледенение.