Подледное озеро на Марсе заставило планетологов заподозрить Красную планету в вулканической активности

Полгода назад «Чердак» уже писал про то, как это озеро нашли благодаря радарному сканированию поверхности. Итальянские исследователи тогда зафиксировали наличие жидкой воды под полярной шапкой Марса на глубине более полутора километров.

Исследователи, опубликовавшие статью в Geophysical Research Letters, рассмотрели версию о том, что вода в этом озере насыщена солями и потому не замерзает при пониженных температурах. Они смоделировали поведение рассолов разных солей при разном потоке тепла из-под поверхности планеты и пришли к выводу, что даже очень соленая вода могла бы оставаться жидкой лишь при тепловом потоке не менее 72 милливатт на квадратный метр. А это та величина, которая заметно превосходит типичный для остывшей планеты уровень: столько наблюдается во многих местах Земли, а Марс куда более холодное место.

Тепло изнутри

Полностью остыть (почти до абсолютного нуля) ни одно небесное тело не может в принципе. Любая горная порода всегда содержит небольшое число радиоактивных элементов: урана, тория и радиоактивного калия-40. При распаде этих ядер выделяется энергия, которая преобразуется в тепло. Это около 90% той энергии, которая идет из глубин Земли. Еще примерно 10% «внутренней» энергии приходится на тепло, полученное еще в начале формирования планеты; поток тепла измеряют в ваттах (или милливаттах) на квадратный метр. Кроме того, разумеется, есть еще энергия, получаемая небесным телом от Солнца, но ее роль выходит за рамки этой заметки.

То, что планета греется изнутри, еще не означает наличия жидкой магмы и, как следствие, вулканизма с тектоникой плит. Для появления магмы планета должна быть горячее некой критической величины. Так, температура мантии Земли оценивается в 200 градусов Цельсия у границы с корой и в 4000 градусов — вблизи ядра. Кроме того, геологические процессы на Земле — движение тектонических плит, формирование гор, землетрясения и извержения вулканов — обусловлены еще и действием гравитации со стороны Луны. Притяжение естественного спутника и Солнца сжимает и растягивает Землю, приводя к дополнительному тепловыделению в размере около трех тераватт.

Приливными силами можно пренебречь в случае Марса с его крошечными спутниками, и они играют второстепенную роль в тепловом балансе Земли. Но на Ио, спутнике Юпитера, гравитационное поле планеты-гиганта уже вносит ключевой вклад: криовулканы на Ио работают за счет приливной энергии.

Озеро магмы под озером воды под ледником

Проведенные ранее другими учеными расчеты указывают на то, что Марс должен иметь тепловыделение в районе пары десятков милливатт на квадратный метр, но никак не те 72 мВт/${м}^2$, которые необходимы для существования подледных озер. Высадившийся недавно на Марсе аппарат InSight должен в этом году погрузить на несколько метров вглубь специальный зонд с термодатчиками — для непосредственных измерений, но, как отмечают авторы новой статьи, вряд ли результат окажется вчетверо выше теоретических предсказаний.

Ученые предположили, что в среднем по Марсу поток тепла действительно не превышает 30мВт/${м}^2$, а под озером находится резервуар с магмой — подобно земным вулканам, вблизи которых горные породы прогреваются намного сильнее. Расчеты показали, что пятикилометровый в диаметре и шарообразный магматический резервуар на глубине около восьми километров даст как раз достаточно тепла, правда, для этого он должен быть очень молодым по геологическим меркам. Если магма поднялась к поверхности менее миллиона лет назад, она могла разогреть нижнюю часть ледника настолько, что она растаяла и сформировала подледное озеро (максимальная точка нагрева была достинута около 300 тысяч лет назад).

В расчетах исследователей, как они сами отмечают, много неопределенности. Нельзя, например, уверенно говорить о составе льда и тех горных пород, на которых он лежит, а это может менять необходимую величину теплового потока втрое, от 72 до 205 мВт/${м}^2$. Неизвестно то, какой на самом деле может быть форма магматического резервуара, причем определить это весьма непросто — на Земле, например, недавно геологи пересмотрели свои представления о магматическом потоке под Галапагосскими островами.

Уточнить строение планеты под очагом вулканической активности позволили сейсмические данные с подводных роботов, и ученые особо подчеркивали то, что данных с наземных станций (а они стоят на многих тихоокеанских островах) было недостаточно. На Марсе сейчас насчитывается ровно один сейсмограф и один рабочий марсоход, который может немного поскоблить поверхность лежащих в доступных для его манипулятора местах, поэтому волей-неволей исследователям приходится довольствоваться весьма скудными данными.