В Исландии можно найти потрясающие примеры катастрофических наводнений. Многие из них образовали каньоны, давшие начало рекам. От некоторых сейчас остались широкие сухие русла, порою довольно глубокие. На Марсе тоже видны признаки катастрофических наводнений. В принципе, этой жидкостью могла быть и не вода, а, например, лава; но, судя по форме русел и картине эрозии, все же более вероятна вода. На Марсе есть два типа структур, создать которые могли потоки воды: это большие стоковые каналы (outflow channels) и менее крупные сети долин (valley networks). Стоковые каналы видны на молодых территориях северного полушария, а сети долин — на ограниченных площадях обычно старых территорий южного полушария.
Стоковые каналы достигают в длину 2000 км, а в ширину 100 км. Они начинаются с так называемых хаотических местностей, хаосов, и имеют обрывистые стенки, следы течения воды, эродированные кратеры и сухие речные русла. Считается, что они образовались при катастрофических наводнениях из подпочвенных резервуаров воды. Заканчиваются они в структурах, похожих на сухое дно больших озер или океанов. Примерами таких образований служат долина Тиу и долина Apec.
Сети долин иногда напоминают древовидные дренажные системы небольших рек. Порой они выглядят как одиночные структуры, похожие на реку с несколькими притоками. Примером служит долина Нергал. Она старая и не могла образоваться при катастрофическом наводнении. Если в этих сетях долин текла вода, то ее небольшое количество могло быть обеспечено дождем, или таяньем ледника, или грунтовой водой. Вероятно, там была река, но обычно русла рек не прослеживаются. Не исключено также, что грунтовая вода вызвала обрушение почвы, под которой она текла. Многие из этих долин заканчиваются внезапно.
Даже в более мелком масштабе — на стенках некоторых небольших кратеров и на склонах — видны следы течения воды. Впервые их обнаружили на изображениях, полученных с высоким разрешением зондом «Марс Глобал Сервейер». По виду они похожи на маленькие ливневые стоки, заметные на холмах и склонах гор в пустынях и полупустынях Земли. Некоторые из них можно найти в огромном кратере Ньютон и на склонах долин Нергал (рис. 31.4) и Дао. Найдены десятки тысяч ливневых стоков длиной от сотен метров до нескольких километров. Наблюдения «Марс Глобал Сервейера» показали, что эти ливневые стоки активны и сегодня. С января по май 2000 года у них были замечены некоторые изменения.
Рис. 31.4. Долина Нергал на фото, переданном аппаратом «Марс Глобал Сервейер». С разрешения NASA/JPL/Malin Space Science Systems.
Изображения с «Марс Глобал Сервейера» выявили слоистые формирования. Если эти слои осадочные, значит, они должны были сформироваться в воде. Марсоход «Оппортьюнити» нашел на земле Меридиана минерал серый гематит, частично в виде маленьких темных шариков, похожих на ягоды черники; и это тоже свидетельствует о наличии в прошлом грунтовых или поверхностных вод. На Земле карбонаты обычно формируются при сочетании процессов эрозии и отложения и в конце концов образуют белые карбонатные скальные формации. Но на Марсе не обнаружилось высокообогащенных карбонатных отложений. Однако выход из этого противоречия есть: если древние океаны обладали высокой кислотностью из-за обилия CO2 в атмосфере, то отложение могло происходить в виде сульфатов, богатых серой и магнием, высокую концентрацию которых действительно обнаружил марсоход «Спирит».
Похоже, что на Марсе было очень много воды, но где же она сейчас? Найдется ли вода на Марсе в нашу эпоху? Ответ может быть только утвердительным. Мы уже говорили о недавно открытых «живых» ливневых стоках, указывающих на наличие подпочвенных слоев жидкой воды. Полярные шапки образуются из водяного льда, что подтверждено измерением профилей ледяных полярных шапок. Северная полярная шапка имеет толщину з км и по площади равна половине ледяного щита Гренландии. Южная шапка немного больше: ее толщина до 3,8 км. Суммарного количества воды полярных льдов (3–4 млн км3) достаточно, чтобы покрыть Марс 20-метровым слоем воды. Но это всего лишь 20 % от того количества, которое требуется для объяснения катастрофических наводнений, зафиксированных в виде нескольких стоковых каналов и оцененных другими способами.
Полярные шапки из водяного льда мало меняются от сезона к сезону, так как температура и давление воздуха остаются низкими. Наблюдаемый с Земли сезонный рост полярных шапок обусловлен тонким слоем снега из двуокиси углерода, толщиной всего в пару сантиметров. Это заметил и сфотографировал «Викинг-2».
Нечто похожее на большое замерзшее озеро было замечено орбитальным зондом «Марс Экспресс» в южной части равнины Элизий, близ марсианского экватора. Размер озера 800 х 900 км, а глубина, вероятно, несколько десятков метров. Эта область выглядит как равнина с изломанными ледяными плитами по краям. Если это действительно замерзшее озеро, то в нем могла сохраниться жизнь той эпохи, когда жидкость замерзала.
Возможность существования больших запасов воды под грунтом обсуждается с того момента, как орбитальный зонд «Марс Одиссей» провел в 2002 году водородное картирование с помощью гамма-спектрометра. Было зарегистрировано высокое обилие водорода. Полагают, что это водород в составе воды — жидкой, замерзшей или связанной — в поверхностном слое толщиной несколько метров. Наконец, посадочный аппарат «Феникс» в августе 2008 года подтвердил наличие водяного льда на глубине всего нескольких сантиметров под поверхностью.
Можно также искать жизнь, изучая некоторые газы, имеющие короткое время жизни в атмосфере и поэтому требующие постоянного воспроизводства для поддержания их обнаружимого количества. Ими могли бы быть кислород и озон, но еще экспедиции «Викинг» показали, что их обилие крайне мало. Метан под действием солнечного света разрушается в марсианской атмосфере за время порядка 300 лет, так что если метан обнаружен, он должен воспроизводиться практически непрерывно. Метан может появляться в результате геологической активности. Но и жизнь может быть источником метана: на Земле это болота и трясина, а также пищеварительный тракт крупного рогатого скота. Этот биометан образуется исключительно микробами домена археев — метанопродуцентами. По данным специального спектрометра на зонде «Марс Экспресс», ученые объявили об открытии метана в отдельных областях Марса на уровне десять частиц на миллиард. Похоже, что современной геологической активности недостаточно для производства такого количества метана, так что, возможно, он является продуктом жизнедеятельности. Последующие наблюдения показали, что и воды в атмосфере в тех районах тоже больше, что может говорить об их общем источнике. Эти результаты согласуются с возможностью жизни, но не доказывают ее.
Более удивительным было заявление о наличии формальдегида в атмосфере Марса. Дело в том, что в марсианской атмосфере формальдегид живет всего 7,5 часа, так что он должен был бы образоваться в этот же день! В принципе, он может получаться из метана, поэтому его обнаружение не столь уж удивительно. Слабые признаки формальдегида, о которых заявили в 2005 году, нашли в тех же областях, где ранее заметили метан, но количество формальдегида составило 130 частиц на миллиард, а это значительно больше того, что можно было бы ожидать от наблюдаемого метана. Витторио Формизано (Итальянский институт физики и межпланетного пространства) предложил различные сценарии для объяснения происхождения формальдегида, например химические процессы на поверхности под действием солнечных лучей, химические реакции в результате гидро- или геотермальной активности или же процессы жизнедеятельности. И все же трудно объяснить происхождение метана в количестве, необходимом для образования формальдегида.
Несмотря на нынешние суровые условия на Марсе, по-видимому, были времена, когда там существовал океан или большие озера, толстая атмосфера, высокая вулканическая активность, большее содержание воды, метана и двуокиси углерода в атмосфере и более сильный парниковый эффект, обеспечивающий более теплый климат. В таких условиях на Марсе могла развиваться жизнь. За последние миллиарды лет условия становились суровее, атмосфера тоньше, что привело к замерзанию воды. Куда же делась жизнь, если в это время она была?
Возможны два варианта. Некоторые марсиане могли превратиться в очень стойких микробов, способных выжить совсем близко от поверхности (обычные бактерии Bacillus subtilis на поверхности Марса могут жить всего лишь 20 минут, так что это должны быть микробы типа Deinococcus radiodurans). Более вероятный вариант, что жизнь нашла убежище под почвой или во льду. Хотя жидкая подпочвенная вода пока на Марсе не обнаружена, весьма возможно, что где-то под почвой в сыром месте процветает жизнь. Там нет солнечного света, поэтому первичные производители должны быть хемотрофными. Такие виды земной жизни известны в доменах бактерий и архей. Вторичные производители и хищники могли бы уже питаться этими организмами. Но если жизнь нашла убежище в карманах соленой воды или открытом водяном льду, то могли существовать и фототрофные первичные производители, но вряд ли что-то более сложное.
Рис. 31.5 Дыры на Марсе, обнаруженные орбитальным аппаратом «Марс Одиссей», расположены по бокам горы Арсия. С разрешения NASA/JPL–Caltech/ASU/USGS.
Недавно инфракрасная камера зонда «Марс Одиссей» сфотографировала 7 дыр в поверхности Марса (рис. 31.5). Диаметры этих дыр от 100 до 250 м; стены и дно не видны. Судя по темноте провала при известной высоте Солнца, глубина некоторых из них не менее 80 м; но они могут быть и глубже. Условия в таких пещерах могут быть весьма привлекательными для жизни. Если это мелкие колодцы, то давление воздуха в них не должно отличатся от давления на поверхности. Если же это входы в более глубокие подпочвенные системы, то давление может возрастать с глубиной, а состав газа — меняться. Вода из стен может сочиться вниз. Освещение на разной глубине пещеры должно быть разным, так что должно существовать место с походящим