Леденая шапка полюса Марса
Если вы когда-либо смотрели на Марс в телескоп, вы, вероятно, заметили две его полярные ледяные шапки. Северная состоит в основном из водяного льда — самый очевидный признак того, что Марс когда-то был более влажным и теплым миром. Группа исследователей из Немецкого аэрокосмического центра (DLR) наблюдала за этой ледяной шапки, чтобы сделать удивительные открытия о ней и о том, что она ведает нам о недрах самого Марса. Исследование опубликовано в журнале Nature.
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 адаптацией», 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 временами покрывались толстыми ледниковыми щитами. В последний раз это произошло во время ледникового периода, который закончился около 11 700 лет назад. Эти пласты «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 себе, 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. Она составляет около 1000 километров в ширину и 3 километра в толщину. Они изучали ее формирование, объединяя модели тепловой эволюции планеты с расчетами ледниковой изостатической корректировки, а также с гравитационными, радиолокационными и сейсмическими наблюдениями.
Команда пришла к выводу, что северная полярная шапка Марса довольно молодая и она продавливает поверхность под собой, опуская ее. «Мы показываем, что ледяной щит вдавливает лежащую под ним почву 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.
Так как же измерения льда, отягощающего поверхности планет, могут так много нам рассказать? 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 вязкие, чем асфальт. Однако они все равно деформируются и текут в геологических масштабах времени в миллионы лет.
Используя данные радаров и другие методы для изучения скорости проседания и отскока поверхности Земли, ученые могут определить вязкость мантии. Как оказалось, когда вы применяете 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, вам нужны оценки гравитационного поля Марса (которое меняется), сейсмические измерения, сделанные посадочным модулем InSight, и другие данные. Все они помогают определить скорости проседания и отскока на поверхности и внутри Красной планеты. Результат? Судя по всему, поверхность под северным полюсом Марса не успела полностью деформироваться под тяжестью льда.
Группа Броке оценивает, что площадь поверхности северного полюса Марса в настоящее время оседает со скоростью до 0,13 миллиметра в год. Для того, чтобы это происходило так медленно, вязкость верхней мантии говорит нам, что внутренняя часть Марса довольно холодная. Измерения группы 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 еще способны предсказать наличие локальных зон таяния 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 падения марсианской поверхности в ответ на оледенение.
Источник: A. Broquet et al, Glacial isostatic adjustment reveals Mars’s interior viscosity structure, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-024-08565-9
