8 Minutės
Nauji geologiniai įrodymai rodo Šiaurės pusrutulio vandenyną Marse
Prieš milijardus metų Marsas galėjo būti panašus į Žemę vienu svarbiu aspektu: gausių paviršinių vandens telkinių. Naujas universiteto Arkanzaso (University of Arkansas) tyrimas pateikia geologinius įrodymus, kad didelės upės anksčiau nutekėjo į milžinišką vandenyną ar jūrą Marso šiauriniuose pusrutulio regionuose. Analizė remiasi palyginimais tarp upių nuosėdomis susidariusių uolienų Žemėje ir orbitos vaizduose matomų sedimentinių struktūrų Marse, nurodančių subrendusias deltas ir išsiplėtusias atgalines (backwater) zonas, atitinkančias upių žiotis, įtekančias į stovintį vandenį.
Tyrėjai sujungė orbitinius vaizdus, topografinius duomenis ir žemės analogų lauko stebėjimus, kad sudarytų nuoseklą argumentą: Marso šiaurinės žemos vietovės ankstyvoje planetos istorijoje buvo užpildytos plačiu stovinčio vandens telkiniu. Straipsnis, publikuotas žurnale Geophysical Research Letters, išskiria deltaikines nuosėdas ir kanalų morfologijas, kurių sunku paaiškinti vien tik izoliuotomis, trumpalaikėmis upėmis.
Šis darbas naudinga geologinei debatų eigai, nes atkreipia dėmesį į horizontalius ir erdvinius sedimentų modelius, kuriuos lengviau interpretuoti kaip ilgalaikės fluvio-marinos sąveikos rezultatą. Tokie įrašai gali išlikti planetos paviršiuje milijonus ar net milijardus metų, todėl jų identifikavimas iš orbitinių stebėjimų turi didelę reikšmę atkurti Marso klimatą ir geologinę evoliuciją.
Kaip upės formuoja deltas: kanalų juostos ir atgalinės zonos
Upės natūraliai vingiuoja ir migruoja per laiką, pernešdamos nuosėdas — smėlį, dumblą ir molį — nuo aukštumų link žemesnių vietovių. Zona, kurią užima upė, kai ji šoniniu judėjimu užima erdvę per geologinį laiką, vadinama kanalų juosta (channel belt). Kai upė artėja prie didelio, palyginti raminčio vandens telkinio, pavyzdžiui, vandenyno ar ežero, srauto greitis sumažėja ir upės gebėjimas pernešti daleles krenta. Stambesnės dalelės nusėda pirmosios, formuodamos deltą ir susiaurinant aktyvią kanalų juostą netoli krantinės.
Svarbus diagnostinis požymis, kad upė įteka į didelį stovinčio vandens telkinį, yra išplėtota atgalinė zona: tai sritis prieš srautą (aukštyn) nuo žiotų, kur srautas yra sulėtėjęs dėl stovinčio vandens ir kur nuosėdos nusėda per ilgus atstumus. Žemėje vienas ryškus pavyzdys yra Misisipės upės atgalinė zona, kuri tęsiasi maždaug 370 km į aukštupį nuo Meksikos įlankos iki Baton Rūž. Tokios erdvės mastelis ir ilgis yra diagnostinis rodiklis: jei Marto nuosėdose matomos panašios, plataus masto atgalinės zonos, tai reikštų ilgalaikį upių įpylimą į šiaurinę jūrą, o ne trumpalaikę, sezoninę ar izoliuotą fluvinę veiklą.
University of Arkansas komanda identifikavo Marto modelius, kurie atitinka žemėje stebimas atgalinės zonos valdomas delta morfologijas. Šios Marto struktūros yra matomos iš orbitos, nes jos išsiskleidžia per dešimtis ar šimtus kilometrų — mastelis, pakankamas išlikti planetiniame registre. Tokie požymiai apima tiek plataus masto deltines lygumas, tiek siauras, ilgai tęsiasi kanalų grandines, kurios kartu su nuosekliomis uolienų nuoseklumų variacijomis sudaro tvirtą įrodymų rinkinį senam Šiaurės vandenynui.
Topografinė inversija: senų upių vagų skaitymas kaip keterų
Vienas iš galingiausių įrankių interpretuojant senas upes yra topografinės inversijos (topographic inversion) koncepcija. Veikiančiose upėse stambiausios dalelės nusėda ant vagos dugno. Jei kanalas vėliau apleidžiamas, tos stambios nuosėdos gali būti sucementuotos į kietas uolienas — dažniausiai smiltainį — tuo tarpu aplink jas esantys smulkesni sedimento sluoksniai lengviau eroduoja. Per milijonus metų erozija pašalina minkštesnįjį aplinkinių sluoksnių gruntą ir palieka buvusį kanalo dugną kaip pozityvų reljefo elementą — invertuotą keterą ar ridžą.
Žemėje tektoniniai judesiai gali atidengti šias senąsias kanalų nuosėdas. Marsui, kur aktyvios plokščių tektonikos nėra, procesas labiau priklauso nuo diferencinės erozijos: vėjas (aeoliniai procesai) ir riboti paviršiniai ar gruntiniai vandens veiksmai pašalina aplinkinius smulkesnius sluoksnius, palikdami sucementuotas kanalų lovas kaip iškilusias juostas. Tokios invertuotos kanalų juostos jau kartografuotos Marse ir yra įtikinami ilgalaikių fluvinių sistemų žymenys.
Norint tiksliai interpretuoti invertuotas kanalų struktūras, reikia kompleksiškos metodikos, apimančios morfometriją, nuosėdų analizę ir topografinius profilius. Pavyzdžiui, kanalų pločio ir tarpo santykiai, nuosėdų sluoksnių pasikartojimas bei granulometrija leidžia atskirti ar tai buvo trumpalaikės potvynio vagos ar ilgalaikės, daugiasotinės sistemų dalys. Kombinuojant šiuos stebėjimus su DM (digital elevation models) ir didelės raiškos orbitaline fotogrametrija, mokslininkai gali rekonstruoti paleokonfigūraciją — kur buvo krantai, kaip sklido srovės ir kokio tipo deltos susiformavo.
Šiaurės vakarų Arkanzaso pavyzdys padėjo komandai kalibruoti jų Marto ridžų ir deltų interpretacijas. Wedington smiltainio (Wedington Sandstone) vienetas, apie 300 milijonų metų senumo, išsaugojo invertuotą kanalų tinklą. Laukų stebėjimai šioje vietovėje leido susieti lauko morfologiją su uolienų struktūromis, kurios atitinka satelitinėse nuotraukose matomas Marto formas. Wedington pavyzdys yra įdomus tuo, kad jame matomas tai, ką komanda apibūdina kaip invertuotą upės deltą — reti žemės analogai, kurie užpildo spragą tarp lauko geologijos ir nuotolinio stebėjimo Marse.
Svarbiausi atradimai ir pasekmės Marso tyrimams
Tyrimo pagrindinės išvados yra:
- Orbitinio masto deltinės nuosėdos ir ilgos atgalinės zonos Marse atitinka situaciją, kai didelės upės tekėdavo į šiaurės vandenyną arba labai platų jūros telkinį.
- Invertuotos kanalų juostos ir deltos, matomos iš orbitos, sudaro tvirtą ir ištvermingą ilgalaikės fluvinės veiklos ir nuosėdų kaupimosi įrodymą Marse.
- Žemės analogai, tokie kaip Wedington smiltainis, suteikia „ground-truth“ pavyzdžius, padedančius patikslinti, kaip mokslininkai interpretuoja Marto sedimentinius peizažus.
Jei senovinis šiaurinis vandenynas iš tiesų egzistavo, pasekmės būtų reikšmingos Marso klimatui, paviršiaus evoliucijai ir potencialui buveinėms ankstyvajame Marse. Dideli, ilgalaikiai vandens telkiniai didina tikimybę egzistuoti ilgalaikėms, netoli paviršiaus esančioms vandens aplinkoms — sąlygoms, kurios Žemėje yra susijusios su gyvybe. Tokios aplinkos taip pat padidina galimybę išsaugoti biosignalus dirvožemio ir nuosėdų įrašuose, ypač deltaikiniuose sluoksniuose, kur medžiagos gali būti greitai uždengtos ir konservuotos.
Tyrimas remiasi nuotolinių tyrimų duomenų rinkiniais (aukštos raiškos vaizdai ir skaitmeniniai reljefo modeliai), suderintais su sedimentologijos principais ir lauko stebėjimais. Ateities roverių misijos ir tikslingos orbitinės kampanijos galėtų toliau patikrinti hipotezę, ieškodamos specifinių nuosėdinių struktūrų, grūdelių dydžio rodiklių ir mineraloginių ženklų (pvz., molio mineralų, sulfatai, karbonatai), kurie fiksuotų ilgalaikį stovinčio vandens buvimą ir deltų formavimąsi.
Tokia daugiasluoksnė metodika — jungiant palydovinius duomenis (pvz., HiRISE, CTX, THEMIS, MOLA) su skaitmeniniais aukščio modeliais ir žemės analogų sedimentologine interpretacija — leidžia sukurti testuojamas prognozes apie, kur Marsas galėjo saugoti geriausias biosignalų talpyklas. Tyrimų prioritetas galėtų būti sritys, kur delta sluoksnių seka yra aiškiai išsaugojusi, o invertuotos kanalų juostos rodo didelius nuosėdinius kaupinius.
Ekspertų įžvalga
"Plataus masto nuosėdinė architektūra yra praeitos hidrologijos pirštų atspaudas," teigia dr. Maya Patel, planetinė geologė (fikcinė figūra), tyrinėjanti senas upes. "Kai galite suderinti deltos geometriją ir atgalinės zonos apimtį su žemės analogais, jūs pereinate nuo spėlionių prie labiau pagrįstų interpretacijų. Šis darbas pateikia įtikinamą argumentą, kad Marso šiaurinės lygumos nebuvo tik drėgnos pleistrai — jos galėjo talpinti nuoseklius fluvinius ir marininius sistemas, palikusius išliekamą stratigrafinį įrašą."
Tokia ekspertinė komentarija pabrėžia, kad daugiadiscipliniai požiūriai — sujungiantys planetinį nuotolinį stebėjimą, sedimentologiją ir lauko geologiją — yra esminiai atstatant Marso vandeningą praeitį. Be to, tokie komentarai primena apie tyrimų reikšmę planuojant ateities misijas: identifikuoti vietas, kur nuosėdos greičiausiai išsaugo mikrobiologinius ar biocheminių procesų pėdsakus.
Išvados
University of Arkansas atliktas tyrimas stiprina hipotezę, kad Marsas anksčiau palaikė išsiplėtusį šiaurinį vandenyną, identifikuodamas sedimentinius ir geomorfinius signalus, būdingus upių žiotims ir ilgoms atgalinėms zonoms. Palyginus Marto orbitinius duomenis su žemės lauko analogais, tokiais kaip Wedington smiltainis, mokslininkai geriau interpretuoja invertuotas kanalų juostas ir deltaikines struktūras, išsaugotas Marso paviršiuje. Šios išvados aiškina mūsų vaizdą apie ankstyvąjį Marsą kaip planetą, kurioje hidrologija buvo aktyvesnė nei matome šiandien, ir nurodo sritis, kur ateities misijos galėtų ieškoti nuosėdų, labiausiai tikėtinų biosignalų išsaugojimui.
Publikuotas Geophysical Research Letters straipsnis stiprina argumentą, kad Marso senovės klimatas leido išlikti trunkančiam paviršiniam vandeniui, siūlydamas naujus taikinius ir testuojamas prognozes būsimiems orbitiniams ir nutūpusiems tyrimams Raudonojoje planetoje. Tolesni darbai turėtų apimti tikslesnę magnetinės ir mineraloginės analizės integraciją, grūdelių dydžio spektrometriją ir datavimo bandymus lauko analogų atveju, siekiant geriau nustatyti nuosėdų kaupimosi trukmę ir pasekmes galimai biologinei veiklai.
Galutinės rekomendacijos ateičiai apima prioritetus: identifikuoti ir ištirti regionus su aiškiomis delta sekomis, atgalinėmis zonomis ir invertuotomis kanalų juostomis; atlikti didesnio masto palyginimus su žemės analogais; ir integruoti tyrimus su planuojamomis roverių misijomis bei tolimesniais orbitiniais instrumentais. Tokiu būdu mokslininkų bendruomenė gali sukurti išsamų, testuojamą modelį apie Marso hidrologinę praeitį ir jos potencialią reikšmę planetos biogeocheminiams procesams.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą