На Марсе нашли «кольцо от ванны»: оксиды марганца раскрыли тайну древнего океана

Китайские ученые проанализировали данные с марсохода «Чжуронг» и орбитальных аппаратов NASA и ESA. Они обнаружили кольцевые отложения гидроксидов марганца на равнине Утопия (лат. Utopia Planitia) — крупнейшем северном бассейне Марса. Эти минералы указали на существование крупного водоема в эпоху Гесперии (Гесперийский период, 3,7–3,0 миллиарда лет назад). Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Если оставить грязную воду в ванне надолго, а затем выпустить ее, на эмали обязательно останутся характерные полосы-отметины. На Земле такие «кольца в форме ванны» геологи называют береговыми линиями древних озер и морей. На Марсе, как выяснили ученые, тоже есть нечто подобное, только в роли загрязнения выступают минералы марганца. И они стали ключом к восстановлению хронологии событий, происходивших на Красной планете миллиарды лет назад.

Почему марганец так важен? Дело в его химической природе. В воде без кислорода марганец остается растворенным и невидимым. Но как только появляется кислород, будь то результат фотосинтеза или контакт с воздухом, марганец окисляется и превращается в твердые нерастворимые оксиды и гидроксиды. Эти соединения выпадают в осадок именно на границе воды и атмосферы, формируя характерные кольцевые отметины на разных высотах. Со временем, когда вода уходит, эти отложения застывают на месте бывшего уровня воды, словно окаменевшая метка приливной линии.

Команда исследователей использовала данные коротковолнового инфракрасного диапазона, собранные китайским марсоходом «Чжуронг», а также европейским аппаратом OMEGA и американским инструментом CRISM. Чтобы обработать более 5,7 миллиона спектров, ученые разработали специальную модель глубокого обучения под названием SCANet. Этот алгоритм научился распознавать диагностические признаки гидроксидов марганца среди тысяч других минеральных сигнатур.

Результат оказался удивительно четким. Концентрация марганцевых минералов росла с высотой: на нижних уровнях она составляла около 2,7 процента, а на отметке примерно в 10 метров достигала пика в 7,4 процента. Выше этого рубежа содержание резко падало. Такое распределение, это классическая картина береговой линии: минералы накапливаются на одном уровне там, где вода длительное время контактировала с воздухом.

Возраст находки отнесли к эпохе Гесперия — периоду, когда Марс переходил от относительно теплого и влажного мира к холодной и сухой пустыне, какой мы знаем его сегодня. Это случилось примерно 3,7–3,0 миллиарда лет назад. И что особенно важно, ученым удалось оценить, как долго существовал этот водоем. Анализ показал, что океан на равнине Утопия сохранялся от 800 тысяч до 1,5 миллиона лет. Это колоссальный срок по меркам Марса, где большинство следов воды указывают на кратковременные разливы или быстрое испарение.

Авторы исследования подчеркивают, что открытие не является прямым доказательством существования жизни. Однако оно очень важно по другой причине. Хронология марсианского океана почти идеально совпадает с временными рамками, в которых на Земле, около 3,4 миллиарда лет назад, возникли первые примитивные формы жизни. Полтора миллиона лет это минимальный временной масштаб, необходимый для протекания пребиотических химических реакций, которые могли привести к зарождению органических молекул.

Интересно, что ученые не исключают и более поздних эпизодов активности. Если гидроксиды марганца образовывались или перераспределялись уже в следующий, Амазонийский период (который длится до сих пор), это означало бы, что жидкая вода на Марсе появлялась эпизодически гораздо дольше, чем принято считать.

Наконец, авторы работы делают смелый, хотя и отдаленный, прогноз. Они указывают, что гидроксиды марганца могут быть использованы для получения кислорода в будущих марсианских миссиях. Благодаря фотокаталитическим свойствам эти минералы способны расщеплять воду на кислород и водород. Теоретически это могло бы поддержать жизнедеятельность человека или даже стать шагом к терраформированию планеты. Но пока это лишь научная фантастика, подкрепленная реальной геохимией.

В результате исследования ученые впервые восстановили полную хронологию существования древнего океана на равнине Утопия. Океан просуществовал от 0,8 до 1,5 миллиона лет в Гесперийский период — достаточно долго, чтобы создать условия для пребиотической химии, но его исчезновение около 3 миллиардов лет назад стало критической точкой, после которой поверхностные условия на Марсе стали непригодными для дальнейшей эволюции жизни.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях