Марс – дишащата планета

Липсващият на Земята механизъм за пренос на газове и водни пари дълбоко в почвата трябва принципно да отличава повърхностните слоеве на Червената планета.

Учени под ръководството на Каролин де Бел от университета на Дуисбург-Есен (Германия) са открили нещо необичайно: благодарение на уникалните атмосферни условия на Марс неговата повърхност действа като помпа за газовете и водните пари.

Не им било до открития на изследователите, те просто изучавали ефекта на повдигането на праха от повърхността и нагряването му от слънчевите лъчи в условията на микрогравитация. Но изведнъж станало ясно, че повдигайки се, частиците прах при липсата на топлинна конвекция се спускат обратно – независимо от обичайно ниската сила на тежест. „Изчислихме, че всичко опира до потока газ в почвата (тоест той съществува) и – което е по-важно – чрез нея”, казва Каролин де Бел.

Досега се разглеждаше само дифузният механизъм за проникване на газове в порeстата марсианска почва. Той не е бърз и е далеч от ефективен и например в земни условия това става причина за бързо снижение на плътността на аеробните организми от дълбочина. Изглежда, на Марс всичко е различно!

Става дума за това, че при цялото сходство на Марс и Земята налягането там е под 1% от земното и молекулата от основния тамошен газ (въглероден диоксид) в разредената газова обвивка средно свободно пробягва 10 мкм. Диаметърът на праховите частици и пори на марсианската почва също е равен почти на 10 мкм, тоест свободният пробег на молекулите от атмосферата и праховите частици е съпоставим. Затова възниква ефектът температурна транспирация, когато газът се движи в една посока без каквато и да е било разлика в налягането. За да има място всичко това, е необходим само преход на температурите между студената страна на порите и топлата и тогава газът преминава от първата към втората.

Как работи това на Марс? В сенчестата повърхност на планетата винаги е студено и тогава молекулите от атмосферата могат да се поглъщат от почвата. Смесвайки се в нея, те постепенно стигат до райони, в които почвата е нагрята от слънчевите лъчи, където излиза на повърхността. По време на този процес на пренос са подложени не само молекулите въглероден диоксид, но и например водните пари.

На студени места атмосферните газове проникват под почвата, а топлите я напускат заедно с водните пари. Може би именно с това се обясняват следите от вода на четвъртата планета?
© De Beule, et al. 

За да проверят тази хипотеза, учените хвърлили кутии с базалтов прах от кула, създавайки по този начин микрогравитация, предварително намалявайки налягането в затворения цилиндър до 4 милибара, което приблизително съответства на марсианското. Нагрявайки в полета праха с лазерен лъч с червен цвят, те създали температурен градиент, който повдигал праха нагоре със скорост 1 см/с, като газовите потоци, чиято посока изследователите разглеждали на компютърните модели. Впрочем реалният температурен градиент на Марс трябва да е по-нисък и дори с отчитането на това скоростта на движение на частиците прах благодарение на температурната транспирация трябва да достига около 1,6 см/с.

Интригуващ момент от изследването станало това, че то е приложимо към ситуации с марсиански подземен лед, който е широко разпространен под повърхността на планетата. Благодарение на такъв ефект (който играе по-важна роля от дифузията или други механизми) водните пари от този лед трябва периодично да се пренасят към повърхността, а самият пренос на подземни пари от дълбочинните източници трябва да е доста ефективен до дълбочина един метър включително.

Освен това по такъв начин подземните залежи лед губят значителна част от своята вода и все още съществуват, което означава или че те не могат да съществуват в сегашния вид прекалено дълго, или че първоначалните им запаси/размери са били доста по-големи, отколкото се е смятало.

Апаратът, използван за опита с микрогравитация и понижено налягане.
© De Beule, et al.

И още един извод, наложил се от изследването: ако на Марс някога е съществувал живот, то условията за него под тамошната почва са били много по-добри, отколкото на Земята, където преносът на газове и водни пари на дълбоко не се поддържа от температурна транспирация.

Следователно степента на развитие на подпочвената флора и фауна също може да е била значително по-висока и сравнима с повърхностната. Безспорно изучаването на подземните следи от такова съществуване от марсоходите е доста перспективно.

Отчет за изследването е публикуван в сп. Nature Physics.