Войти
Сеть разветвленных долин в четырехугольнике Таумазии, как это видно с орбитального корабля викингов. Поле зрения составляет примерно 200 км в поперечнике. Сети долин представляют собой разветвленные сети долин на Марсе, которые внешне напоминают земные водосборные бассейны реки . Они обнаруживаются в основном врезанными в рельеф марсианских южных гор, и, как правило, - хотя и не всегда - имеют ноахский возраст (примерно четыре миллиарда лет). Отдельные долины обычно имеют ширину менее 5 километров, хотя они могут простираться на сотни или даже тысячи километров по поверхности Марса.
Форма, распределение и предполагаемая эволюция сетей долин имеют большое значение для того, что они могут рассказать нам об истории жидкой воды на поверхности Марса и, следовательно, Марса климат история. Некоторые авторы утверждали, что свойства сетей требуют, чтобы на древнем Марсе был активен гидрологический цикл, хотя это остается спорным. Возражения в основном возникают из-за повторяющихся результатов моделей марсианского палеоклимата, предполагающих, что на Марсе никогда не было достаточно высоких температур и давлений, чтобы поддерживать жидкую воду на поверхности.
Появление очень высокого разрешения изображения поверхности со спутниковых камер HiRISE, THEMIS и Context (CTX), а также орбитального лазерного высотомера Mars Orbital (MOLA) цифровые модели рельефа значительно улучшили наше понимание сетей за последнее десятилетие.
Часть сети долин около Варрего Валлес, замеченная THEMIS. Длина изображения составляет примерно 50 км. Долины сетей обычно узкие (<0.5–4 km) and 50–200 m deep, with neither value changing consistently along their lengths. Their cross-sectional form tends to evolve from V-shaped in the headwaters to U-shaped in the lower reaches. The individual valleys form interconnected branching networks, typically less than 200 km long and draining into local topographic lows. The form of the tributary valleys is commonly described as "stubby" or a similar term, implying short lengths away from the trunk streams and amphitheater-like terminations at their heads. Many authors have described the плотность дренажа сетей, как правило, намного ниже, чем можно было бы увидеть на Земле, хотя степень, в которой это может быть артефакт разрешения изображения, деградации ландшафта или предвзятости наблюдателя также упоминался в литературе.
Однако более поздние изображения также подчеркивают, что термин «сеть долин» включает в себя большое разнообразие различных форм долин на всем протяжении количество различных масштабов в различных геологических условиях Марса. Любую систему разветвленных долин в масштабе меньше, чем канал оттока можно назвать сетью долин, вероятно, включающей большое разнообразие геоморфологических процессов формирования. Некоторые сети долин проходят более 2000 км по марсианскому ландшафту. Некоторые могут меняться по ширине вниз по течению. У некоторых плотность дренажа соответствует некоторым земным значениям. Существуют более узкие и менее глубокие сети долин, но, вероятно, встречаются реже. чем их более крупные эквиваленты.
В большинстве сетей долин более поздние эоловые процессы отложили переносимые ветром осадки на дне долин, затеняя природу канала, который, должно быть, их пересекал. На Земле долина - это впадина с плоским дном, по которой проходит канал, по которому течет вода. Однако из-за более поздних отложений на Марсе почти во всех случаях неясно, содержат ли дно долины отдельные русловые структуры или они полностью затоплены потоками. Нанеди Валлес - редкий пример, когда канал был идентифицирован, хотя новые изображения с более высоким разрешением снова продолжают выявлять больше таких структур со временем. Это объясняет предпочтение в литературе термина «сеть долин», а не «сеть каналов», хотя некоторые работы имеют тенденцию путать их в интерпретации этих структур.
Более точная шкала сети долин возле Candor Chasma, увиденные HiRISE (щелкните, чтобы увеличить). Поле зрения составляет примерно 3,5 км в поперечнике. Поверхность, в которую врезаются долины, кажется, подвергается эрозии. Сети долин очень сильно сконцентрированы в изрезанных кратерами южных возвышенностях Марса. Гесперианские -вековые лавовые равнины северного полушария в целом почти полностью не расчленены. Однако есть значительное количество исключений из этого обобщения - в частности, многие гесперианские и более молодые вулканы несут сети, а также некоторые другие области. Эти долины также кажутся качественно более «свежими» и менее деградированными, чем долины в высокогорье (например, Долина Нанеди).
Однако в более мелких масштабах, чем этот, распределение долин там, где они есть, очень неоднородно и прерывисто. В пределах высокогорья нет ничего необычного в том, чтобы найти сильно расчлененные склоны, непосредственно прилегающие к почти полностью неизмененным поверхностям, как в долинном, так и в водосборном масштабе. Долины также сгруппированы по регионам, с небольшими расчленениями на северо-западе Аравии и на юго-западе и юго-востоке от Эллады, но в большей степени на Терра Киммерия и к югу от экватора от От 20 ° до 180 ° в.д. Они также гораздо более заметны на более крутых склонах, например на краях кратеров, но опять же могут присутствовать только на одной стороне такого края.
К сожалению, в целом небольшой размер отдельных водосборов и относительная узость составляющие их долины означают, что датировать сети долин обычными методами подсчета кратеров чрезвычайно сложно (хотя и возможно). Концентрация долин в южных высокогорьях эпохи Ноаха и их редкость на равнинах северной Геспериды, в сочетании с независимыми оценками многократного уменьшения темпов глобальной марсианской эрозии в конце Ноахиан, вероятно, указывает на то, что большинство сетей было отключено в течение этого раннего интервала. Однако каналы на гесперианских поверхностях недвусмысленно демонстрируют, что процессы формирования долин действительно продолжались, по крайней мере, в некоторых местах, по крайней мере, некоторое время после Ноя. Некоторые данные подсчета кратеров даже предполагают, что некоторые горные сети могли образоваться в амазонских.
Дельта Эберсвальде, наблюдаемая MGS. Обратите внимание на меандры с отсечками, которые теперь видны на перевернутом рельефе.. Механизмы и предполагаемые условия образования долин остаются спорными. Такие разнообразные процессы, как оледенение, массовое истощение, разломы и эрозия углекислым газом, ветром и лавой, были задействованы в какой-то момент в формировании некоторых сетей и могут играть важную роль локально в некоторых регионах Марса. Однако большинство авторов согласны с тем, что жидкая вода, должно быть, сыграла роль в образовании основной части долин, в основном на основании как известного широко распространенного распространения льда на Марсе, так и физических свойств жидкой воды (например, вязкость ), что почти однозначно позволяет ему течь на тысячи километров вниз по склону ручьем. Особенности русла на том, что интерпретируется как размытые дельты у подножия некоторых сетей (например, в кратере Эберсвальде ), также однозначно связаны с образованием проточной воды - например, извилистые, извилистые каналы с меандром отсечки, которые имеют внутренне согласованную гидравлическую геометрию, очень близкую к тому, что можно было бы ожидать в речных каналах на Земле. Независимые данные также предполагают существование жидкой воды на поверхности или очень близко к ней в разное время в истории Марса, например, эвапоритов на Меридиани и повсеместные водные изменения горных пород в Columbia Hills, оба исследованных Mars Exploration Rovers.
Помимо этого, существует несколько различных сценариев, которые были разработаны для учета формы и распределения долин как в пространстве, так и во времени.. Каждый имеет свой собственный набор значений, касающихся палеоклимата Марса во время формирования сетей. Некоторые из них кратко изложены ниже. Также стоит подчеркнуть, что, как и на Земле, различные механизмы образования могут действовать в разное время и в разном месте на поверхности Марса.
В августе 2020 года ученые сообщили, что сети долин в южном нагорье на Марсе могли образоваться в основном под ледниками, а не под свободными реками с водой, что указывает на то, что ранний Марс был холоднее, чем предполагалось, и это обширное оледенение, вероятно, имело место в прошлом.
Этот сценарий пытается описать формирование сетей долин без обращения к условиям или процессам, отличным от тех, которые уже известны сегодня на Марсе. Моделирование показывает, что просачивание грунтовых вод может происходить на поверхности даже в современных условиях, но очень быстро замерзает. Однако в соответствии с этим предложением ледяной покров может достаточно хорошо изолировать воду, текущую под ним, чтобы обеспечить транспортировку на большие расстояния (и связанную с этим эрозию), подобно тому, как лавовая труба изолирует расплавленную лаву внутри нее.
Долины обычно имеют много особенностей, которые на Земле обычно (хотя и не исключительно) связаны с истощением грунтовых вод - например, выступы в виде амфитеатра, постоянная ширина долины вниз по течению, плоские или U-образные полы и крутые стены.. Однако без какого-либо механизма подпитки предполагаемых водоносных горизонтов, вызывающих эту фильтрацию, то есть некоего гидрологического цикла, крайне маловероятно, что просочиться достаточно воды, чтобы прорезать все долины, образовавшиеся в ноах. Несмотря на это, эта базовая модель может оставаться полезной для понимания более ограниченных долин, образовавшихся позже в гесперианском и амазонском периодах.
Эти модели расширяют модель холодного и сухого Марса, предполагая механизмы, с помощью которых подземные водоносные горизонты, обеспечивающие грунтовые воды, могли бы пополняться в ранней истории Марса. Таким образом, они требуют некоторого устойчивого водного цикла в течение долгого времени в ноахском периоде, но явно не требуют, чтобы эта вода была жидкой или выпадала в виде осадков. Это означает, что Марс не обязательно должен быть теплым (т. Е. Выше точки замерзания) на раннем этапе своей истории, в соответствии с текущими климатическими моделями.
Было предложено, чтобы водоносные горизонты может быть восполнен в геологических масштабах времени последовательностью сублимации замерзших просачиваний, атмосферной циркуляции пара к южной полярной ледяной шапке, повторного осаждения этого на шапку, базального таяния под ледяной массой и циркуляции подземных вод на в мировом масштабе. Этот механизм привлекателен, поскольку он не требует особых предположений о радикально отличных климатических условиях прошлого и хорошо согласуется с независимыми теориями о происхождении марсианских каналов оттока в ландшафтах хаоса как основных прорывов водоносных горизонтов. Однако гидростатический напор, создаваемый этим механизмом, не мог питать многочисленные каналы на высотах выше основания южной полярной шапки.
Связанный Модель предполагает, что локально генерируемое тепло может вызвать просачивание и пополнение подземных вод в локальном масштабе либо за счет интрузивного вулканизма, либо за счет ударного нагрева. Однако эта версия изо всех сил пытается объяснить более длинные и большие сети долин - если вода потечет на сотни или тысячи километров от источника тепла, земля снова замерзнет, и подпитка снова станет невозможной.
Многие сети долин Ноя имеют особенности, явно указывающие на происхождение от распределенных осадков: разветвленные сети, долины, начинающиеся на узких гребнях, V-образные поперечные профили, диффузионное поведение склоны холмов. И наоборот, используя только геоморфологические данные, очень сложно создать веский аргумент против происхождения через осадки. Осадки также обеспечивают простой механизм подпитки подземных водоносных горизонтов, которые, несомненно, существуют и имеют важное значение в некоторых случаях (как на Земле). Эти осадки могли произойти в виде дождя или снега (с последующим таянием земли), но в любом случае требуется значительно более влажная и, следовательно, более теплая и более плотная атмосфера, чем существует в настоящее время. Более теплый и влажный ноевский период также подтверждается независимыми наблюдениями за темпами выветривания горных пород, кратерными озерами ноахского возраста и геологией Ноаха в местах посадки.
Основная трудность этой модели заключается в том, что при моделировании марсианского климата возникают трудности с надежным моделированием теплого и влажного Ноя, в основном из-за расстояния между Солнцем и Марсом по сравнению с Землей и предполагаемого более слабого Солнца в начале Солнечная система. Кроме того, парниковая атмосфера CO 2-H2O для согрева климата должна была оставить обширные отложения карбонатных горных пород, которые не были обнаружены. Также существуют проблемы с поддержанием такой атмосферы в течение достаточно длительного времени, чтобы позволить образоваться долинам, поскольку невыветрившиеся базальты, столь распространенные на Марсе, должны образовывать чрезвычайно эффективные поглотители углерода, особенно если поверхность влажная, и продолжающиеся удары от космическое пространство в ранней истории Марса должно быстро удалить любую атмосферу.
Решения этого очевидного противоречия могут включать экзотические механизмы, которые не требуют устойчивой теплицы CO 2-H2O, такие как периодическое нагревание из-за вулканизма или ударов. Другие возможности (кроме неверной интерпретации геологии и геоморфологии) - это дефекты физики или граничные условия для климатических моделей - более сильное Солнце, чем предсказывает текущая теория, ошибочные предположения о следовых (но мощных) парниковых газах или недостатки в параметризация облаков CO 2.
Однако возможно, что дополнительные газовые примеси вместе с CO 2 могли бы решить этот парадокс. Рамирес и др. (2014) показали, что теплица с CO 2-H2будет достаточно прочной, чтобы обеспечить температуру выше нуля, необходимую для образования долины. Впоследствии было обнаружено, что эта теплица CO 2-H2даже более эффективна, чем первоначально было продемонстрировано в Ramirez et al. (2014), теплые растворы возможны при концентрациях водорода и давлении CO 2, равном 1% и 0,55 бар, соответственно.
