Геологи изучают планеты

Текли ли реки на Марсе?

На космических изображениях Марса, полученных с автоматических межпланетных станций "Марс-4", "Марс-5" и других, внимание исследователей привлекли формы рельефа, напоминающие земные речные долины. Ведь реки, вода — это возможная жизнь, если не сейчас, то в прошлом. Действительно ли это речные долины или формы рельефа, только похожие на них? Если это речные долины — когда они образовались, куда девалась вода, и была ли она вообще? А не могла ли вместо воды быть другая жидкость? На эти вопросы можно попытаться ответить, если детально изучить эти формы, насколько позволяют возможности космических снимков.

Прежде всего, посмотрим, где развиты эти долины, каково их географическое положение. Долинные формы приурочены к приэкваториальной зоне и не встречаются севернее и южнее 40°. Почему эти параллели служат своего рода границами развития долин? По-видимому, одной из главных причин являются климатические условия, благоприятные здесь для существования воды в прошлом. В настоящее время вода на Марсе не может находиться в жидком виде: из-за низких температур и давления она замерзает и испаряется. С другой стороны, севернее 40° с. ш. располагаются обширные океанические равнины Марса, которые, по аналогии с Землей, являются местом, куда долины впадают или, лучше сказать, в которые они открываются.

Среди долин Марса наблюдаются как крупные, так и мелкие. Самые крупные долины — Касэй, Арес, Тиу и Залбатану — достигают 1000 км в длину и 100 км в ширину, причем ширина их увеличивается от верховий к низовьям. Менее крупные долины — Самара, Локра, Клота, Ладон, Мангала и многие другие — имеют 100-300 км в длину и ширину от 1 до 10 км.

Как и земные, марсианские долины имеют значительные уклоны русел. Их верховья расположены выше низовьев на 1-2 км, а иногда и на 4 км. Большая часть крупных долин ориентирована меридионально, и лишь Нергал и Нанеди имеют широтную ориентировку. Начинаются долины чаще всего в кратерированной местности, пересекают кратеры или прорезают возвышенности — Кордильеры, как, например, Долина Маджа и другие, расположенные южнее Касэй. Долина Мангала берет начало или в озере (безводном в настоящее время), или на лавовом плато. Самые большие долины — Тиу, Арес, Залбатану, Симуд — берут начало в пределах полигонально-блокового, или "хаотического" рельефа.

Многие крупные долины открываются на океанические равнины — Хриса (Тиу, Арес и др.), Элизий (Аль-Кахир и Маадим), Амазония (Мангала). Исключение составляют долины Реулл, "впадающая" в бассейн Элладу, и Нергал — в кратер Холден. В устьях небольших долин, впадающих в бассейн Хриса, видны конусы выноса, как и у земных рек.

Все долины в настоящее время сухие. Их дно плоское, на мелкомасштабных снимках оно выглядит гладким. В Долине Касэй на широком плоском дне выделяются светлые русла, слегка изгибающиеся и меандрирующие. Очень интересна в этом отношении Долина Мангала. На ее дне на снимках крупного масштаба видны формы, характерные для земных речных долин: разветвленные русла, острова, протоки, прирусловые отмели, валы (бары), описанные Д. Мильтоном. Острова наблюдаются во многих долинах, особенно в приустьевых частях Арес, Тиу, Касэй и др. Но скорее всего это не аккумулятивные формы, а останцы коренных пород, так как на многих из них сохранились кратеры — так же, как и на окружающих поверхностях. Из других эрозионных форм на дне долин встречаются воронки, ступени или сухие водопады, имеющие зубчатые края и форму подковы. Кроме речных форм встречаются дюны, образованные ветром.

Склоны долин в большинстве случаев крутые и высокие. По мнению Р. Шарпа и М. Малина, их высота достигает 0,5-3 км. В основании склонов часто лежат обвальные и оползневые массы, сорвавшиеся с их верхних частей, где сохранились циркообразные ниши отрыва. Типичные террасы отсутствуют, но склоны некоторых долин имеют ступенчатое строение, по-видимому, из-за того что в обрывах обнажается слоистая толща. В долинах Мангала, Ведра, Моми на отдельных участках наблюдается как бы срезание основным руслом второстепенных. Это может свидетельствовать о двух этапах формирования долин. Были ли они разделены каким-то промежутком времени — сказать трудно.

Формы рельефа, напоминающие земные овраги, широко развиты на склонах тектонической Долины Маринер. Наблюдается закономерная северо-западная и северо-восточная ориентировка 'оврагов', связанная с приуроченностью их к тектоническим трещинам, по своим размерам 'овраги' Марса намного превышают земные

Кроме форм, сходных с речными долинами, наблюдаются типичные овраги, развитые преимущественно на склонах рифтовой Долины Маринер. По своим размерам они не уступают некоторым "речным долинам" Марса и намного превышают земные овраги. Достаточно сказать, что наиболее крупная разветвленная овражная система на южном склоне Долины Маринер не намного меньше Большого Каньона Аризона в Северной Америке. Менее крупные овраги, рассекающие склоны Долины Маринер, похожи на обычные эрозионные сухие рытвины — саи, широко развитые в аридных областях Земли.

Долина Марса. 1 — Мангала; 2 — Косэй, 3 — комплекс долин Бахрам, Ведра, Мами, Маджа; 4 — Нажди; 5 — Залбатану; 6 — Симуд; 7 — Тиу; 8 — Арес; 9 — Нергал; 10 — Ладон; 11 — Самара, 12 — Реулл; 13 — Аль-Кахира; 14 — Маадим

Разветвленная овражная сеть хорошо видна на снимках плато Альба, находящегося на северной окраине континентальной области. Она очень похожа на эрозионную сеть Исландии, прорезающую базальтовые покровы. Там тоже многие долины сухие, из-за того что атмосферные осадки просачиваются сквозь пористые базальты, не задерживаясь на поверхности. Для долин Марса, в том числе и оврагов, характерны прямолинейность отдельных отрезков и закономерно повторяющаяся ориентировка последних на всем протяжении. Это свидетельствует о приуроченности их к тектоническим трещинам.

Долина Марса Бахрам, врезанная в склон Лунного плато

Самая крупная Долина Касэй является рифтом. Об этом свидетельствуют ее громадная ширина (300-400 км, что вряд ли может быть объяснено только эрозией), зияющие трещины, параллельные долине, обвалы на склонах.

Весь облик долин Марса и их внутреннее строение говорят о том, что они были образованы водой. Только под действием воды могли сформироваться ветвящиеся русла, прирусловые отмели и валы. Пробовали сравнивать марсианские долины с лунными эрозионными формами, образованными текущей горячей лавой, — но общего не нашли. Лавовые потоки образуют русла преимущественно одиночные, не ветвящиеся, с неровным дном. Они могут заканчиваться внезапно, слепо.

Ученые также отбросили и предположение, что долинные формы могли быть образованы какой-либо другой жидкостью, например типа нефти или жидкой углекислоты. Предположение о том, что долины сформировались ветром, т. е. являются формами выдувания, хотя и приуроченными к тектоническим трещинам, также не может быть принято, так как не объясняет всю сложность их строения и главным образом наличие аккумулятивных речных форм. Однако ветер, по-видимому, играл немалую роль в последующей препарировке, т. е. очистке долин.

Несмотря на сходство марсианских долин с земными, у них есть и целый ряд различий. Во-первых, если их длина соизмерима с длиной земных рек, то ширина их значительно больше. Во-вторых, отсутствие террас свидетельствует о том, что марсианские долины, по-видимому, сформировались без влияния тектоники. Кроме того при детальном исследовании марсианских форм выявляется, что угол впадения притоков в главную долину на Марсе меньше, чем у земных рек, что притоки более врезаны, чем основная долина, в которую они впадают, извилистость марсианских долин меньше земных, а острова более вытянутые. По-видимому, дальнейшее изучение марсианских форм даст еще более интересные данные об их строении, пока же приходится использовать то, что уже известно.

Наилучшим образом строение крупных марсианских долин объясняется, если принять, что они образовались внезапно, катастрофически, при прохождении большого количества воды. Это объяснило бы и большую ширину долин, и преобладающую их прямолинейность, и отсутствие террас. По мнению Дж. Мак-Коли, М. Карра, Д. Мильтона, В. Бекера и других ученых, сток воды в марсианских реках должен был быть намного больше, чем могла бы дать плотная земная атмосфера.

На Земле имеется пример такого внезапного катастрофического прохождения воды и образования многочисленных эрозионных форм. Это Спокайн-поток в штате Вашингтон в Северной Америке. Он образовался 18-20 тыс. лет назад вследствие прорыва озера Миссаула, подпруженного ледником. Сток воды, вероятно, продолжался от двух дней до двух недель и, как предлагал Д. Бретц, по объему в 10 раз превышал расход всех рек Земли. В результате возникла своеобразная выровненная базальтовая поверхность — скебленд, прорезанная глубокими разветвленными, в настоящее время сухими руслами-каналами, почти лишенная отложений, с отдельными песчаными барами и эрозионными уступами-водопадами. Сравнение марсианских эрозионных форм и форм скебленда показало на их большое сходство, хотя отмечаются и некоторые различия в длине и ширине отдельных форм.

Если принять гипотезу катастрофического образования долин, то возникает вопрос, откуда взялось такое громадное количество воды? Самые крупные марсианские долины берут начало в полигонально-блоковом, или "хаотическом" рельефе, образование которого связано с таянием мерзлоты. Поэтому основным источником образования марсианских долин могла быть мерзлота, при быстром таянии которой выделилось огромное количество воды. Вследствие этого Р. Шарп и М. Мэлин называют долины, образовавшиеся в этом районе, выпускными каналами.

Отчего произошло таяние мерзлоты? Причинами могли служить или резкое потепление климата, или излияние магматических расплавов на поверхность в виде вулканической лавы. В настоящее время это одно из самых убедительных объяснений происхождения громадного объема воды. Формирование более мелких дендритовидных долин и оврагов также может быть результатом таяния льда.

Как указывалось выше, для марсианских долин характерна значительная глубина 1-2 км. По мнению американских исследователей Д. Вэллиса, К. Сагана, В. Бекера, углубление русел происходило следующим образом: вода могла течь под слоем льда, образовавшимся вследствие того что замерзание воды на поверхности могло происходить быстрее, чем ее испарение. В результате этого под ледяным панцирем испытывающая высокое давление вода могла интенсивно углублять русло. Вообще ледовым процессам, в частности эрозии под действием льда, создающего заторы, в настоящее время придается большое значение не только в углублении марсианских русел, но и в их расширении. При этом предполагается, что имел место еще один специфический процесс — кавитация, заключающийся в разрушении пород под действием лопающихся пузырьков газа, выделяющихся из воды в поверхностных условиях. На Марсе этот процесс может иметь более существенное значение вследствие более низких значений гравитации и атмосферного давления. Таким образом, большое количество воды, большая скорость потоков и, по-видимому, их высокая турбулентность в сочетании с ледовой эрозией и кавитацией могли привести к образованию глубоких и широких марсианских долин.

На вопрос о том, когда сформировались марсианские долины, т. е. когда текли реки на Марсе, точный ответ дать трудно. Ясно, что они моложе кратерированных равнин, в которые они врезаны. Поскольку многие из них открываются на океанические равнины, и конусы выноса наложены на океанические лавы, следовательно, долины моложе последних. Возраст океанических равнин и слагающих их пород определен в 1,5-0,7 млн. лет. Эта цифра может служить нижним возрастным пределом долин.

В этой главе мы рассказали о речных долинах и оврагах Марса. Некоторые сведения о земных реках привлекались только в целях сравнения. Текли ли реки на других планетах? На этот вопрос пока можно ответить отрицательно, так как на имеющихся снимках не обнаружено каких-либо признаков деятельности текучих вод ни сейчас, ни в прошлом.