Twoja wyszukiwarka

MICHAŁ RÓŻYCZKA
CZY NA MARSIE COŚ CIURKA
Wiedza i Życie nr 9/2000
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 9/2000

W końcu czerwca media niemal dosłownie zachłysnęły się wodą, która - jak to ogłoszono - od czasu do czasu wypływa spod powierzchni Marsa. Przez kilka dni zalewała ona szpalty popołudniówek i poważnych tygodników, sączyła się z ekranu telewizora i bulgotała w głośnikach radiowych. Niestety, podawane informacje były na ogół mocno rozwodnione. Przedstawiamy zatem własną relację, która jest po prostu rzeczowa, żeby nie powiedzieć... sucha.

Większość planetologów podziela przekonanie, że na powierzchni Marsa znajdowała się niegdyś duża ilość wody w stanie ciekłym. Dowodów na to dostarczają licznie występujące formy o kształcie dolin i koryt rzecznych (miejscami układające się w regularne zlewnie) oraz biegnące niemal idealnie poziomo granice między obszarami o różnej rzeźbie terenu, które mogą być śladami linii brzegowych dawnych zbiorników wodnych . Datowanie owych form jest nad wyraz niepewne. Nie ulega jednak wątpliwości, iż są bardzo stare: częstość występowania pokrywających je kraterów meteorytowych wskazuje na to, że powstały 3.6-4 mld lat temu.

Z niewyjaśnionych przyczyn panujące na Marsie warunki zmieniły się od tamtych czasów nie do poznania. Gdyby rozlać dzisiaj na jego powierzchni wodę, zamarzłaby niemal natychmiast albo zaczęła gwałtownie wrzeć i zamieniła się w parę. Przyczyną tego są mroźny klimat Marsa i silne rozrzedzenie marsjańskiej atmosfery, której ciśnienie tylko wyjątkowo osiąga poziom 10 milibarów (1% średniego ciśnienia atmosfery Ziemi). Przy takim ciśnieniu temperatura wrzenia wody nie przekracza 10°C, a może być nawet bliska 0°C. Średnia temperatura powierzchni Czerwonej Planety wynosi -60°C, przy czym powyżej zera podnosi się jedynie w pobliżu równika. Prawa fizyki są nieubłagane: w takich warunkach woda w stanie ciekłym może pojawiać się tylko w nielicznych punktach Marsa i tylko na krótko.

Faktem jest, że płynącej (ani stojącej) wody nikt dotychczas na Marsie nie ujrzał. Czerwcową wrzawę wywołały sugestywne formy rzeźby terenu, które znaleziono na kilkuset spośród kilkudziesięciu tysięcy zdjęć wykonanych przez sondę Mars Global Surveyor (MGS). Formy te to niewielkie wąwozy wycięte w rozległych stokach kraterów i starych dolin rzecznych. Typowy wąwóz ma długość 2-3 km i szerokość 200-300 m. Wybiega z szerokiego, lecz niezbyt długiego zapadliska i kończy się w leżącym znacznie niżej stożku napływowym. Dokładnie to samo zaobserwujemy w miniaturze, gdy na pewnej głębokości pod szczytem ogrodowej skarpy zakopiemy wąż do podlewania i odkręcimy kran. Nad wylotem węża powstanie zapadlisko, stok skarpy zostanie rozcięty, a na dole rozcięcia pojawi się stożek napływowy utworzony z gleby, która początkowo znajdowała się nad wężem i na stoku.

Patrząc na marsjański wąwóz, trudno więc oprzeć się wrażeniu, że wyrzeźbiła go ciecz, której źródło znajdowało się w miejscu, gdzie dzisiaj widać tylko suche zapadlisko. Praktycznie jedyną kandydatką do wystąpienia w tej roli jest woda. Eliminując ją, trzeba wprowadzić nieznany nauce czynnik, własnościami praktycznie nie różniący się od niej tak przynajmniej twierdzą Michael Malin i Kenneth Edgett, autorzy zamieszczonego w Science nr 5475/2000 artykułu, który zapoczątkował debatę na temat pochodzenia wąwozów.

Ponieważ innych śladów wilgotnej przeszłości Marsa mamy pod dostatkiem, "wodna" geneza wąwozów nie stałaby się żadną sensacją, gdyby ich wiek dorównywał wiekowi wielkich dolin. W przeciwieństwie do dolin, odkryte przez MGS zapadliska, wąwozy i stożki napływowe są jednak całkowicie wolne od kraterów meteorytowych. Co więcej, niektóre stożki przykrywają pola wydm, zaś inne leżą na spękanym w wielokąty gruncie, którego rzeźba byłaby na Ziemi niemal równie nietrwała jak wydmy. Wszystko to wskazuje na dość młody wiek wąwozów, a zatem na stosunkowo niedawną aktywność hipotetycznych źródeł marsjańskiej wody. W warunkach ziemskich wiek ów byłby zapewne mierzony miesiącami, a może tylko tygodniami. Dla wielu komentatorów jest to wystarczająca podstawa, by stwierdzić, że marsjańskie cieki wodne były aktywne w niedalekiej przeszłości, i że niektóre z nich sporadycznie uaktywniają się aż do dziś. Tymczasem, według Malina i Edgetta, przykryte stożkiem wydmy mogą mieć równie dobrze 20 lat, jak i... milion (a może nawet więcej!) lat. Z punktu widzenia geologa (a raczej planetologa) termin "stosunkowo młody" jest oczywiście użyty poprawnie. Problem polega na tym, że na Marsie może znaczyć zupełnie coś innego niż na Ziemi.

Nie da się oczywiście wykluczyć, że co najmniej niektóre z zaobserwowanych formacji powstały w ostatnich latach. Jednak atrakcyjność takiego założenia znacznie maleje, gdy dostrzeże się związane z nim problemy. Stwierdzono, że wąwozy zaczynają się nie niżej niż kilkaset metrów pod szczytem skarpy. Na takiej samej lub mniejszej głębokości pod powierzchnią Marsa musiałyby znajdować się hipotetyczne zbiorniki wody (lub równie hipotetyczne warstwy wodonośne). W skorupie Marsa dodatnie temperatury są jednak osiągane dopiero na głębokości kilku kilometrów (pomijam tu bardzo cienkie warstwy powierzchniowe). Akceptując hipotezę o młodym wieku wąwozów i ich "wodnym" pochodzeniu, trzeba więc wyjaśnić, jak to się dzieje, że wbrew wszelkim oczekiwaniom marsjańska woda utrzymuje się pod ziemią w stanie ciekłym. A gdy się już to wyjaśni, trzeba podać powody, dla których po wydostaniu się na powierzchnię przepływa ona co najmniej kilka kilometrów, zamiast natychmiast wrzeć lub zamarzać.

Efekty geo-, raczej areotermiczne wydają się wykluczone: wszystkie wąwozy leżą z dala od terenów wulkanicznych, a w ich pobliżu nie zaobserwowano żadnych anomalii cieplnych. W rozmieszczeniu i usytuowaniu wąwozów dają się zauważyć inne prawidłowości, które jednak w niczym nie ułatwiają rozwiązania zagadki. Ba, z punktu widzenia naszej wiedzy wydają się wręcz paradoksalne. Przede wszystkim formy te pojawiają się z dala od równika czyli tam, gdzie jest zimniej. Po wtóre, zdecydowana ich większość znajduje się na wyżynnej półkuli południowej, czyli tam, gdzie ciśnienie jest niższe i woda wrze w niższej temperaturze. Po trzecie wreszcie, hipotetyczne cieki niemal we wszystkich przypadkach kierują się w stronę najbliższego bieguna (czyli unikają Słońca).

Z elementów tej łamigłówki zdołano ułożyć na razie tylko jedną hipotezę. Według niej, podziemne marsjańskie wody są silnie zasolone (co znacznie obniża temperaturę ich krzepnięcia). Gdy podsiąkną pod powierzchnię gruntu w równikowej strefie Marsa (lub na oświetlanym przez Słońce stoku z dala od równika), parują tak szybko, że na samą powierzchnię nie wypływa już nic. Jednak powierzchnia stoku położonego z dala od równika i dobrze ocienionego jest silnie schłodzona. W takich warunkach woda, zamiast parować, zamarza i tworzy korek lodowy. Gdy uzbiera się jej wystarczająco dużo, korek pęka, a spod ziemi gwałtownie wypływa słona, wodno-błotna lawina. W tym samym miejscu wszystko może powtórzyć się wielokrotnie, dzięki czemu tak powstały wąwóz może osiągnąć znaczną długość. Nie sposób oczywiście powiedzieć, na ile ta hipoteza jest wiarygodna. Potwierdzić ją może tylko zaobserwowanie sunącej lawiny lub świeżych śladów jej przejścia. Rzetelna odpowiedź na postawione w tytule pytanie brzmi więc: "na razie nie wiemy".

Na zakończenie wypada przypomnieć, że już dawno wiedziano, iż na Marsie ciągle jest jeszcze dużo wody! Największe marsjańskie zasoby wodne kryją się w północnej czapie polarnej. Gdyby zawarta w niej woda została równomiernie rozprowadzona po całej powierzchni Czerwonej Planety, utworzyłaby warstwę o grubości około 40 m [patrz: "Sygnały", WiŻ nr 4/1999]. Niezwykle rozrzedzona atmosfera naszego kosmicznego sąsiada także nie jest całkowicie sucha: zawiera około 2 km3 wody. W sprzyjających warunkach nad Marsem tworzą się więc chmury i mgła , a na jego powierzchni osadza się szron. Spore, choć trudne do oszacowania, ilości wody zaadsorbowanej z atmosfery kryją się również w zewnętrznej, kilkucentymetrowej warstwie marsjańskiego gruntu (prawdopodobnie jest jej kilkakrotnie więcej niż w samej atmosferze). Gdy się o tym wszystkim pamięta, fanfary na cześć hipotetycznych przecież marsjańskich źródeł wydają się przesadzone.

Po lewej – Nirgal Vallis: wyraźny, głęboki wąwóz, zakończony stożkiem napływowym, przykrywającym pole wydm. Stożek musiał utworzyć się później niż wydmy, które na Ziemi są formami bardzo nietrwałymi, ale na Marsie mogą sobie liczyć zarówno 20, jak i milion lat. Po prawej – Noachis Terra: zapadliska, z których biorą początek wąwozy wcinające się w wewnętrzny stok dużego krateru meteorytowego

Okiem geomorfologa

Zdjęcia powierzchni Marsa niewątpliwie świadczą nie tylko o istnieniu lodu na powierzchni tej planety, ale również o występowaniu okresowych przepływów wody. Efektem ich działania są formy erozyjne i akumulacyjne, zbliżone do tych, jakie rozwijają się na powierzchni Ziemi - szczególnie na obszarach suchych i półsuchych (zarówno gorących, jak i zimnych). Część z tych form jest bardzo młoda, szczególnie te najmniejsze, co świadczy o tym, że spływy wody, które je utworzyły, miały miejsce stosunkowo niedawno. Można również przypuszczać, że pewną rolę w rozmieszczeniu wody na Marsie odgrywają wiatry, które mogą przenosić nie tylko cząstki mineralne (np. piasek lub pył), ale również niewielkie kryształki lodu wodnego lub zamrożonego dwutlenku węgla. W sprzyjających warunkach, np. na zawietrznej stronie stromych krawędzi kraterów lub dużych dolin erozyjnych, może dochodzić do lokalnego nagromadzenia kryształków lodu. Sprzyja temu znaczna różnica gęstości między ziarnami materiału mineralnego i kryształkami lodu. Jeśli takie miejsce będzie wystawione na działanie promieni słonecznych, w sprzyjających warunkach może dochodzić do topnienia nagromadzonego lodu wodnego i rozwoju form erozyjnych na stromo nachylonej krawędzi oraz uformowania się stożka napływowego u jej podnóża.

Wśród zaobserwowanych na Marsie form rzeźby powierzchniowej zidentyfikowano kratery meteorytowe i stożki wulkaniczne, jak również liczne formy akumulacyjne i erozyjne: wydmy eoliczne podobne do ziemskich sejfów; pokrywy pyłowe podobne do ziemskich pokryw lessowych; głębokie i często meandrujące doliny podobne do kanionów ziemskich rzek, a także krótkie wcięcia erozyjne na stromych stokach, zakończone stożkami napływowymi; spływy błotne i osuwiska; powierzchnie polodowcowych moren sublimacyjnych, które mogły tworzyć się w miejscach zajętych przez kurczące się czapy lodowe i są miejscami pokryte pyłem eolicznym; poligony mrozowe świadczące o regularnym rozmarzaniu i zamarzaniu wilgotnego gruntu, typowe dla obszarów wiecznej zmarzliny na Ziemi (zdjęcie obok). Większość z tych form ma ziemskie odpowiedniki, ale niektóre budzą jeszcze wątpliwości interpretacyjne. Należą do nich m.in. nieregularne szczeliny występujące na obszarach równinnych Marsa, a także niektóre formy pojawiające się na stromych stokach: stożki usypiskowe rozwijające się bezpośrednio poniżej górnej krawędzi stoku po okresach szybkiego gromadzenia się materiału w czasie burz piaskowych oraz inne stożki usypiskowe, tworzące się wskutek jednoczesnego rozmarzania i wysychania luźnego materiału.

Prof. dr hab. RYSZARD BORÓWKA pracuje w Zakładzie Geologii i Paleogeografii Instytutu Nauk o Morzu Uniwersytetu Szczecińskiego