Александр Березин

Отсутствующий на Земле механизм переноса газов и водяного пара вглубь почвы должен принципиально отличать приповерхностные слои Красной планеты.

Учёные, ведомые Каролин де Бель (Caroline de Beule) из Университета Дуйсбурга — Эссена (Германия), открыли нечто необычное: благодаря уникальным атмосферным условиям Марса его поверхность действует как насос по перекачке газов и водяного пара.

В холодных местах атмосферные газы проникают под почву, а в тёплых — покидают её вместе с водяным паром. Быть может, именно этим объясняются следы жидкой воды на четвёртой планете? (Здесь и ниже иллюстрации de Beule, et al.)


Исследователям было не до открытий, они просто изучали эффект подъёма пыли с поверхности из-за нагрева солнечными лучами в условиях микрогравитации. Но вдруг выяснилось, что, поднявшись, частицы пыли в отсутствие тепловой конвекции оседают обратно — несмотря на необычайно низкую силу тяжести. «Мы посчитали, что всё дело в потоке газа в почву (то есть он существует) и, что важнее, через неё», — говорит Каролин де Бель.

До сих пор рассматривался лишь диффузный механизм проникновения газов в пористую марсианскую почву. Но он неспешен и далёк от, так сказать, эффективности, и в земных, к примеру, условиях это становится причиной быстрого снижения плотности аэробных организмов с глубиной. Похоже, на Марсе всё иначе!

Дело в том, что при всём сходстве Марса и Земли давление там менее 1% от земного, и молекула основного тамошнего газа (углекислого) в разрежённой газовой оболочке в среднем свободно пробегает 10 мкм. Диаметр пылевых частиц и пор марсианской почвы также равен почти 10 мкм, то есть свободный пробег молекулы атмосферы и пылевой частицы примерно сопоставим. Поэтому возникает эффект температурной транспирации, когда газ движется в одном направлении без какой бы то ни было разницы давлений, создавая так называемую термомолекулярную разницу давлений. Чтобы всё это имело место, нужен лишь перерад температур между холодной стороной поры и тёплой — и тогда газ пойдёт от первой ко второй.

Как это работает на Марсе? В тени поверхность планеты всегда холоднее, и тогда молекулы атмосферы могут поглощаться почвой. Перемещаясь в ней, они постепенно доберутся до районов, в которых почва нагрета прямыми солнечными лучами, где и выйдут на поверхность. Во время этого процесса переносу подвергнутся не только молекулы углекислого газа, но и, например, водяной пар.

Чтобы проверить эту гипотезу, учёные сбрасывали ёмкости с базальтовый пылью с башни, создавая тем самым микрогравитацию, предварительно снизив давление в замкнутом цилиндре до 4 мбар — примерно марсианского. Разогревая в полёте пыль лазерным лучом красного цвета, они создавали температурный градиент, который поднимал пыль вверх со скоростью до 10 см/с, а затем частицы начинали опускаться со скоростью 1 см/с, словно газовые потоки, направления которых исследователи просчитывали на компьютерных моделях. Впрочем, реальный температурный градиент на Марсе должен быть ниже, и даже с учётом этого скорость движения частиц пыли благодаря температурной транспирации должна достигать примерно 1,6 см/с.

Интригующим моментом исследования стало то, что оно применимо к ситуации с марсианским подземным льдом, что широко распространён под поверхностью планеты. Благодаря такому эффекту (который к тому же играет более важную роль, чем диффузия или другие механизмы) водяной пар от этого льда должен периодически переноситься к поверхности, а сам перенос подземного пара из глубинных источников должен быть довольно эффективным до метровых глубин включительно.

Кроме того, если таким образом подземные залежи льда теряют значительную часть своей воды и всё ещё существуют, это значит либо то, что они не могут существовать в нынешнем виде слишком долго, либо что их первоначальные запасы/размеры были куда большими, чем считалось.

Аппарат, применявшийся для опыта с микрогравитацией и пониженным давлением.


И ещё один вывод, вытекающий из исследования: если на Марсе некогда существовала жизнь, то условия для неё под тамошней почвой были много лучше, чем на Земле, где перенос газов и водяного пара вглубь не поддерживается температурной транспирацией (этому не даёт случиться высокая плотность газов в нашей атмосфере). Следовательно, степень развития подпочвенной биоты там тоже могла быть заметно выше — по сути, сравнимой с поверхностной. Несомненно, изучение подземных следов такого существования с помощью марсоходов представляется очень перспективным.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Physics.   Подготовлено по материалам Phys.Org.

compulenta.computerra.ru/universe/explore/10010695/