Hydrosféra Marsu je souhrn zásob vody planety Mars , reprezentovaný vodním ledem v polárních čepičkách , vodní párou a mraky v atmosféře , ledem nad povrchem, sezónními proudy kapalné vody a možnými rezervoáry kapalné vody a vodné roztoky solí v horních vrstvách litosféry Marsu. Hydrosféra Marsu se díky převládajícím nízkým teplotám na Marsu a přítomnosti zásob vody v pevném skupenství nazývá také kryolitosféra.
Mars je v mnoha ohledech velmi podobný Zemi , což nutilo vědce 19. a počátku 20. století přiznat, že je na něm život a je zde kapalná voda. Jak rostl objem dat o planetě, shromážděných různými metodami, například pomocí spektroskopických měření, bylo jasné, že voda v atmosféře Marsu je zanedbatelná, ale přesto existuje [1] . Pozornost badatelů nejprve upoutaly polární čepičky Marsu , protože se předpokládalo, že by mohly sestávat z vodního ledu, analogicky s Antarktidou nebo Grónskem na Zemi, ale také se předpokládalo, že se jedná o pevný oxid uhličitý [ 2] . Ten byl podpořen výsledky jednoho z prvních numerických experimentů v roce 1966 na počítači IBM 7074 [3] o modelování denních a ročních teplotních změn na povrchu Marsu v závislosti na zeměpisné šířce a odpovídající dynamice polárních čepiček pro případy. když se skládají z H 2 O a CO 2 . Autoři této práce došli k závěru, že jimi získaná roční odchylka ve velikosti polárních čepiček ve druhém případě je mnohem blíže pozorované.
Astronomická pozorování a spektroskopická měření vystřídalo s počátkem éry kosmonautiky přímé studium Marsu a hledání vody na něm pomocí AMS .
Takže na prvních detailních snímcích povrchu Marsu, které pořídila sonda Mariner 9 , lze vidět sítě údolí (např. údolí Nergal [4] ) - reliéfní prvky naznačující přítomnost kapalné vody v minulosti, v r. zejména zaplavení svahů roklí podzemní vodou erozními strukturami na Zemi, například na Havajských ostrovech a v kaňonech Escalante na Coloradské plošině [5] [6] .
Kromě rozsáhlé sítě údolí, počínaje těmito ranými snímky Marineru 9, se rozlišují reliéfní prvky spojené s intenzivními záplavami a nazývané odtokové kanály [7] . Vypadají jako menší kopie největších pozemských diluviálních forem. K dnešnímu dni se považuje za obecně uznávanou hypotézu, že původ těchto kanálů je také spojen s kapalnou vodou, i když jsou teoreticky možné i jiné možnosti. Odtokové kanály jsou většinou mladší než údolní sítě, i když jsou zde i poměrně staré útvary. Zřejmě vznikly v období, kdy podmínky na povrchu Marsu byly přibližně stejné jako nyní [8] .
Koncem 90. let sbíral topografická data Mars Global Surveyor pomocí výškoměru MOLA , na jehož základě byly sestaveny kompletní mapy reliéfu povrchu Marsu. Kromě četných sítí údolí a odtokových kanálů je na nich dobře vidět oblast Severní nížiny a její hranice - kontaktní zóna - silně připomíná břeh trvalé nádrže. Hypotézu oceánu podporuje fakt, že kontaktní čára je prakticky ekvipotenciální; rovnoběžně s ním jsou umístěny charakteristické terasy; objem v něm obsažený je v souladu s odhady objemu kapalné vody na raném Marsu; povrch nížiny je mnohem hladší než její okolí [9] [10] . Dalším argumentem na podporu této teorie byla následně také analýza rozložení prvků reliéfu podobných říčním deltám: mnohé z nich se nacházejí podél tohoto pobřeží, zejména ve stejné výšce [11] .
Běžné snímky byly pořízeny sondou Mars Global Surveyor a jejich analýza v roce 2000 potvrdila existenci kanálů tvořených proudy kapalné vody a také nánosů písku a bahna, které tyto proudy zanechaly. Tyto reliéfní prvky byly tak čerstvé, že lze říci, že vznikají v současné době [12] [13] . Později byla přítomnost takzvaných sezónních povrchových čar [14] na teplých svazích — tmavých pruhů, které se objevují na povrchu planety během teplého období a vypadají jako solná ložiska — doložena snímky z HiRISE kamera na Mars Reconnaissance Orbiter [15] . A pomocí spektrometru CRISM na palubě v roce 2015 se nakonec potvrdilo, že vznikají v místě periodických toků slané vody v kapalném stavu [16] [17] [18] . Aktivní studie sezónních povrchových linií pokračují [19] [20] , a to i s pomocí dalších přístrojů, například THEMIS na orbitální dráze Mars Odyssey [21 ] .
Na počátku 21. století bylo pomocí spektrometru gama záření na orbitální dráze Mars Odyssey detekováno velké množství vodíku v připovrchové vrstvě Marsu – zejména v polárních oblastech – což s největší pravděpodobností ukazuje na přítomnost obrovského množství vodíku ( 35 ± 15 % hmotnostních vrstvy) vody v pevném stavu [22] . Přítomnost ledu potvrdila data z roveru Phoenix operujícího poblíž severního pólu planety: bílá hmota nalezená na dně jím vyhloubeného malého příkopu se během několika dní odpařila, což je pro led typické [23] [ 24] . Podobný proces zaznamenala sonda Mars Reconnaissance Orbiter pro hmotu na dně čerstvých kráterů, včetně těch v nízkých zeměpisných šířkách [25] [26] . Na snímcích Mars Global Surveyor, Mars Odyssey [27] , Mars Reconnaissance Orbiter [28] a Mars Express [29] lze vidět další důkaz rozšířené přítomnosti ledu v připovrchové vrstvě Marsu – tvary terénu připomínající pozemské ledovce . A radar SHARAD na Mars Reconnaissance Orbiter potvrdil, že v těchto formacích (včetně těch ve středních zeměpisných šířkách) je skutečně led pod tenkou vrstvou prachu a nečistot [30] .
V roce 2022 získali čínští vědci důkazy, že voda na Marsu zůstala v kapalné formě mnohem déle, než se dosud předpokládalo. Rover Zhuzhong objevil hydratovaná ložiska a minerály v rovině Utopia , odhadovaná na 757 ± 66 Ma, což ukazuje na přítomnost velkého množství vody na Marsu v té době [31] [32] .
Úzké rokle na svahu kráteru Newton , pravděpodobně vytvořené proudy kapalné vody. Obrázek z Mars Global Surveyor, 2000.
Dynamika sezónních povrchových čar na svahu kráteru Newton, sestavená z dat sondy Mars Reconnaissance Orbiter v roce 2011.
Odpařování ledu na dně drážky vytvořené přístrojem Phoenix v roce 2008.
Odpařování ledu v čerstvých kráterech v sérii snímků z kamery HiRISE na Mars Reconnaissance Orbiter, 2009.
Pásovitá údolní ložiska v oblasti Protonil mesas - útvary připomínající ledovce; snímek panchromatické kontextové kamery (CTX) sondy Mars Reconnaissance Orbiter, 2008 [28]
Okraje laloku na úpatí masivu na východním okraji Hellas Basin , snímek ze stereokamery s vysokým rozlišením kosmické lodi Mars Express, 2005.
V současné době jsou otevřené a spolehlivě zjištěné objemy vody na Marsu soustředěny především v tzv. kryosféře – připovrchové vrstvě permafrostu o tloušťce desítek a stovek metrů. Většina tohoto ledu je pod povrchem planety, protože za současných klimatických podmínek nemůže existovat stabilně a jakmile se dostane na povrch, rychle se vypaří; pouze v polárních oblastech je teplota dostatečně nízká pro stabilní existenci ledu po celý rok - to jsou polární čepičky . Celkový objem ledu na povrchu a v připovrchové vrstvě se odhaduje na 5 milionů km³ (a v hlubších vrstvách lze pravděpodobně koncentrovat mnohem větší zásoby subpermafrostové slané vody. Jejich objem se odhaduje na 54-77 milionů km³) . V roztaveném stavu by pokryl povrch Marsu vrstvou vody o tloušťce 35 m [34] [35] .
Na pólech je koncentrace vodního ledu v kryosféře očekávaně vysoká – až 100 %. Objem ledu v polárních čepičkách planety je 2-2,8 milionů km³. V zeměpisných šířkách nad 60° je téměř všude minimálně 20 %; blíže k rovníku - v průměru o něco níže, ale stále se všude liší od nuly, nejvíce ze všeho - až o 10% - v oblasti sopek v Elysiu , v zemi Sabaean a severně od země Sirén .
25. července 2018 byla zveřejněna zpráva o objevu založeném na výzkumu radaru MARSIS . Práce prokázala přítomnost subglaciálního jezera na Marsu, které se nachází v hloubce 1,5 km pod ledem jižní polární čepičky , široké asi 20 km. To se stalo první známou trvalou vodní plochou na Marsu. Sonda MARSIS v oblasti široké asi 200 kilometrů ukázala, že povrch jižního pólu Marsu je pokryt několika vrstvami ledu a prachu a je asi 1,5 km hluboký. Zvláště silný nárůst odrazu signálu byl zaznamenán pod vrstevnatými sedimenty v zóně 20 km v hloubce asi 1,5 km. Po analýze vlastností odraženého signálu a studiu složení vrstevnatých sedimentů, jakož i očekávaného teplotního profilu pod povrchem této oblasti, vědci dospěli k závěru, že radar zachytil pod povrchem kapsu s jezerem kapalné vody. Zařízení nedokázalo určit, jak hluboké jezero může být, ale jeho hloubka by měla být alespoň několik desítek centimetrů (to by měla být vrstva vody, aby je MARSIS viděl ) [36] [37] . Opakovaná analýza radarových dat Mars Express a laboratorní experimenty však ukázaly, že takzvaná „jezera“ mohou být hydratovaná a chladná ložiska, včetně jílu (smektitů), minerálů obsahujících kovy a solného ledu [38] .
Vodní led nemůže za dnešních klimatických podmínek na Marsu stabilně existovat, ale bylo potvrzeno, že je přítomen v připovrchové vrstvě téměř všude, včetně rovníkových oblastí. S největší pravděpodobností se tam objevil v dřívějším období vývoje planety, kdy úhel sklonu marťanské osy rotace dosahoval velkých hodnot řádově 45°. Numerické modelování ukázalo, že v polárních oblastech, které se stávají nejteplejšími oblastmi, dochází k sublimaci H 2 O a CO 2 do atmosféry, následně k kondenzaci vody na led a sníh v nízkých zeměpisných šířkách, kde je nyní chladno, a tím k polárním čepicím. posunuta k rovníku [39] . To potvrzují tvary terénu nalezené v mnoha (včetně rovníkových) oblastí Marsu, připomínající pozemské ledovce: je zřejmé, že vznikly během takového období [29] . Naopak, když se sklon osy rotace zmenší, v polárních oblastech se opět ochladí, v rovníkových se oteplí; tam zmrzlá voda v připovrchových vrstvách sublimuje a opět kondenzuje do ledových polárních čepiček [40] . Postupné střídání těchto období lze vysledovat z takto vytvořených vrstevnatých usazenin v polárních čepičkách , ale to vyžaduje předpoklad o tom, jak dlouho trvá vytvoření každé vrstvy [41] [42] . Stále se diskutuje o tom, jak časté takové změny byly: modelování klimatu (jehož klíčový vliv je chaotický proces změny sklonu rotační osy), zejména na geologických časových měřítcích, je v současné době nemožné s požadovanou přesností [43] [ 44] .
Voda (alespoň čistá voda) v kapalném stavu nyní také nemůže na Marsu stabilně existovat, ale soudě podle četných svědectví byla dříve situace jiná. Je zřejmé, že za tímto účelem by teplota a parciální tlak vodní páry v atmosféře měly být nad trojným bodem ve fázovém diagramu , zatímco nyní jsou daleko od odpovídajících hodnot. Pokud se zvýší pouze teplota a tlak zůstane nízký, led bude sublimovat přímo do vodní páry a obcházet kapalnou fázi. Přitom i zvýšení teploty o 50° je velmi obtížné a možné pouze díky skleníkovému efektu . Lavinový skleníkový efekt v důsledku vodní páry v atmosféře je však na rozdíl od Země na Marsu nemožný kvůli nízkým teplotám, při kterých se vodní pára nemůže stabilně udržet v atmosféře a nevyhnutelně bude kondenzovat zpět na led na povrchu planety. Ale jiný skleníkový plyn - CO 2 - může v podmínkách Marsu klidně existovat a díky němu může teplota stoupnout na hodnoty, při kterých je vodní pára stabilní, a když se jí v atmosféře stane více, její parciální tlak se již může stát dostatečným pro existenci kapalné vody. To vyžaduje parciální tlak oxidu uhličitého v řádu 1 atm [45] . Pravda, i kdyby k takovému mechanismu došlo, není známo, kam všechen tento objem CO 2 nyní zmizel – mohl zůstat v usazeninách uhličitanu vápenatého nebo se vypařit se zbytkem atmosféry [44] .
Řada autorů tuto hypotézu nesdílí, protože se domnívají, že oxid uhličitý nemůže zajistit dostatečnou intenzitu skleníkového efektu [46] [47] . Byly navrženy mechanismy, které zahrnují další skleníkové plyny, jako je vodík, pravděpodobně vulkanického původu [48] . K dnešnímu dni neexistuje žádná obecně přijímaná teorie na toto téma, z velké části kvůli obtížím s modelováním skleníkového efektu i na Zemi, ve které dodnes zůstává mnoho nejistot [49] .
Velkou zajímavostí v geologické minulosti planety Mars jsou dvě období – hesperské a amazonské [50] .
Hesperské obdobíV hesperském období (před 3,5–2,5 miliardami let) dosáhl Mars vrcholu svého vývoje a měl trvalou hydrosféru [51] . Severní rovinu planety v té době zabíral slaný oceán o objemu až 15–17 milionů km³ a hloubce 0,7–1 km (pro srovnání Severní ledový oceán Země má objem 18,07 milionů km³). V určitých intervalech se tento oceán rozdělil na dva. Jeden kulatý oceán vyplňoval pánev impaktního původu v oblasti Utopie , druhý, nepravidelného tvaru, vyplňoval oblast severního pólu Marsu. Na jižní plošině bylo mnoho jezer a řek v mírných a nízkých zeměpisných šířkách a ledovce. Mars měl velmi hustou atmosféru, podobnou té tehdejší Země, s povrchovými teplotami dosahujícími až 50 °C a tlaky nad 1 atmosféru. Teoreticky by biosféra mohla existovat i na Marsu během hesperského období .
Amazonské obdobíV období Amazonie (asi před 2,5–1 miliardou let) se klima na Marsu začalo katastrofálně rychle měnit. Proběhly nejmohutnější, ale postupně odeznívající globální tektonické a vulkanické procesy, při nichž vznikly největší vulkány sluneční soustavy ( Olympus ), několikrát se změnily vlastnosti hydrosféry a atmosféry, objevil se a zmizel Severní oceán. Katastrofické záplavy spojené s táním kryosféry vedly ke vzniku grandiózních kaňonů: do údolí Ares se z jižní vysočiny Marsu vléval proud plnější než Amazonka; průtok vody v údolí Kasei přesáhl 1 miliardu m³/s. Před miliardou let aktivní procesy v litosféře, hydrosféře a atmosféře Marsu ustaly a Mars dostal moderní podobu. Za vinu globálních katastrofických změn marťanského klimatu je považována velká excentricita oběžné dráhy a nestabilita osy rotace, které způsobují obrovské, až 45%, výkyvy v toku sluneční energie dopadající na povrch. planety; slabý příliv tepla z nitra Marsu kvůli malé hmotnosti planety a vysoká řídkost atmosféry kvůli vysokému stupni jejího rozptylu .
Mars | ||
---|---|---|
Areografie | ![]() | |
satelity | ||
Studie | ||
Mars v kultuře |
| |
jiný | ||
|