Сотовые структуры на Марсе

На этом изображении, сделанном камерой высокого разрешения HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment) с борта космического аппарата Mars Reconnaissance Orbiter, видны необычные формы марсианского рельефа в виде кружевных сот. Они появляются каждый год весной в приполярных областях Красной планеты. Впервые их заметили в 2006 году и с тех пор HiRISE снимала их неоднократно. Данное фото сделано 30 марта 2022 года в районе южного полюса Марса с высоты 248 км. Первичные черно-белые снимки обработали в специальной программе HiWish — усилили контраст и окрасили в искусственные цвета, а для достижения 3D-эффекта использовали стереопары изображений.

На многократно увеличенном изображении южной полярной области Марса место снимка отмечено маленьким белым прямоугольником. Фото с сайта Аризонского университета uahirise.org

Исследователи из Аризонского университета, которые управляют камерой HiRISE и анализируют полученные ею изображения, утверждают, что многоугольники — результат сезонных превращений воды и углекислого газа. В зимнее время водяной лед вмерзает в почву, разрывая ее на части по принципу ледяных клиньев. Углекислый газ из марсианской атмосферы зимой, когда температура опускается ниже точки его замерзания (–126°С), также замерзает и образует на поверхности тонкий слой сухого льда.

Вмерзший водяной лед расщепляет реголит на многоугольники, по границам которых выступают на поверхность твердые коренные породы (на главном снимке они светлые). Эрозионные процессы создают в них многочисленные изгибы. А в центральных частях «сот» собираются рыхлые песчаные или пылевидные отложения. Когда приходит весна и температура повышается, подповерхностный лед сразу переходит из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Этот процесс называется сублимацией, или возгонкой.

Газ в поисках выхода прорывается через «вентиляционные» отверстия, вынося с собой на поверхность пылевые облака тонкодисперсного материала. На снимке шлейфы этого материала окрашены в черный и голубой цвета (цвета, как уже было сказано выше, ненатуральные). Когда отверстия закрываются, а потом с очередной порцией газа открываются снова, образуются два или более веерообразных отложения, исходящие из одного и того же места, но ориентированные по-разному в зависимости от направления ветра.

Первичный черно-белый снимок, из которого был вырезан фрагмент, представленный на главном изображении. Размер площади снимка по короткой стороне — 5 км. На фото видно общее количество «вентиляционных» отверстий на поверхности Марса. Фото с сайта uahirise.org

Ученые считают, что примерно так же образуются знаменитые полигональные дюны, которые камера HiRISE фиксировала ранее на плоском дне многих марсианских кратеров. Ветры выдувают пыль и песчинки, а лед, заполняющий трещины, образует многоугольные гребни.

Полигональные дюны на Марсе. Фото с сайта uahirise.org

На более детальных изображениях внутри крупномасштабных полигонов видна сеть более мелких многоугольников. По своей форме они напоминают контракционные трещины (трещины усыхания), образующиеся в грунте при испарении жидкости, например на дне высохших озер.

Разномасштабные полигональные структуры на дне марсианских кратеров. Размер крупной структуры, расположенной в центре снимка, — примерно 160 × 160 м. Мелкие «соты» имеют размер 10–15 м. Фото с сайта uahirise.org

Ученые допускают, что в образовании полигонального рисунка дна кратеров приняли участия два различных процесса. В далеком прошлом, примерно 3,8 млрд лет назад, когда на поверхности Марса была жидкая вода, многие кратеры были заполнены озерами. После их высыхания появились контракционные трещины, формирующие мелкие «соты». Позже, когда воды уже не было, трещины в ходе сезонных циклов замерзания-сублимации заполнялись льдом, который способствовал их расширению. Более глубокие и активно раздвигающиеся трещины образовали полигональную сеть более крупного масштаба. Ограничивающие их гребни покрыты инеем, и на фото они светлые.

Полигональные микроструктуры рельефа весьма распространены и на Земле, в регионах развития многолетней мерзлоты. Так же, как и на Марсе, они связаны с сезонными циклами замерзания-оттаивания, вызывающими образование эрозионных форм морозного растрескивания. Сотовое структурирование — характерная черта мерзлотных почв.

Структурированный рисунок мерзлотной почвы. Фото с сайта commons.wikimedia.org, Гларнские Альпы, Швейцария, 11 августа 2012 года

Образование более крупных земных форм рельефа связано с термокарстовыми процессами, имеющими место в перигляциальных зонах, где каждую весну почва оттаивает, а осенью снова замерзает.

Ячеистые термокарстовые образования. Фото с сайта kartinkin.net

Многократное чередование сезонных циклов приводит к неравномерному проседанию почв и подстилающих горных пород вследствие вытаивания подземного льда.

Малые перигляциальные формы: бугор пучения и ячеистая мерзлотная почва. Фото с сайта ru.wikipedia.org, Канада, 16 августа 2007 года

Фото с сайта uahirise.org.

Владислав Стрекопытов