Марс — красная планета, полная загадок. Ранний Марс сильно отличался от нынешнего: там могли быть озера и даже океаны, наполненные жидкой водой. Сейчас активно изучается несколько вопросов: была ли жизнь на Марсе и каким образом планета нагрелась настолько, что вся ее вода испарилась напрочь.

Фото NASA/JPL-Caltech/MSSS

Согласно исследованиям, находящееся на раннем Марсе количество CO2 было не способно самостоятельно разогреть планету выше температуры замерзания воды. Может быть, сыграли свою роль другие газы? Один из вариантов — водород (H2). Несмотря на то что двухатомные молекулы обычно не считаются парниковыми газами, водород способен поглощать инфракрасное излучение. К тому же, он может реагировать с CO2 с образованием метана — а это уже парниковый газ.

Но откуда на Марсе брался водород? Команда исследователей из Оксфордского университета, которую возглавил Николас Тоска, решила изучить камни, которые находятся прямо под колесами марсохода Curiosity, — а точнее минерал магнетит, который мог находиться на дне озера. При формировании магнетита, который, кстати говоря, обладает магнитными свойствами, выделяется водород.

Простая химия

Исследователи провели эксперимент, попробовав восстановить химические процессы, которые могли происходить на дне древнего озера. Вода была окружена базальтовыми породами, и это отразилось в ее химическом составе: в ней содержалось большое количество железа, магния и кремния. Учитывая более высокое значение pH и недостаток кислорода, ученые измерили количество выпадавшего в осадок гидроксида железа, который через несколько дней мог бы превратиться в магнетит. Как оказалось, из окружавшей камни воды во время этого процесса выделялся водород.

Этот эксперимент повторили вновь, на этот раз значительно повысив концентрацию CO2. Его результаты свидетельствовали о наличии потенциальной проблемы. Из-за углекислого газа среда становится более кислой, из-за чего железо реагирует с CO2 с образованием карбонатов. Тогда, чтобы процесс выделения водорода на Марсе сыграл решающую роль, что-то должно было повлиять на pH воды.

На этом этапе исследователи обратились к компьютерному моделированию. У них возникла идея: вода в озере могла смешиваться с подземными водами, которые просачивались сквозь базальт. При прохождении подземных вод через базальт уменьшалось количество CO2, а в результате реакций с камнями pH становился выше. Тогда как в воде озера содержался CO2 из атмосферы, подземная вода обладала иными химическими характеристиками. В итоге в озере получалась интересная смесь.

Моделирование показало, что эта смесь могла инициировать процесс формирования магнетита и выделения водорода. Учитывая вероятную скорость течения подземных вод, модель произвела столько магнетита, сколько Curiosity видел на поверхности Марса, всего за 100 с лишним лет.

Более того, если во всех экваториальных озерах Марса происходили те же процессы, количества выделившегося водорода было бы достаточно для того, чтобы нагреть планету выше температуры замерзания воды.

Образование «парника»

Ученые считают возможной следующую концепцию: места, которые находились на низкой высоте и располагались неподалеку от экватора, были самыми теплыми, и там могла находиться жидкая вода. Если в результате потепления на находившихся поблизости возвышенностях растаял лед, велика вероятность того, что в озера начали поступать подземные воды. Как только это происходило, в результате реакции образования магнетита, которая проходила на дне озер, выделялся водород. Из-за него атмосфера нагревалась еще сильнее, и на большей части планеты наблюдались высокие температуры.

Когда количество водорода (и метана), «улетевшего» в космос, превысило количество водорода из озер, закончился период потепления.

Исследователи отмечают, что такая последовательность действий соответствует данным, полученным от Curiosity, поэтому такое развитие событий имело место быть. Они также заметили, что благодаря водороду на планете могли образоваться соединения, благодаря которым появилась жизнь на ранней Земле. Это интересная мысль для тех, кто надеется, что на Марсе когда-то была жизнь. К счастью, мы все еще можем изучать красную планету, и на поверхности Марса можно найти еще множество зацепок.