Океаны Венеры: что скрывают гигантские полигоны «адской планеты»
Венера почти близнец Земли, но на ее поверхности свинец плавится, а атмосфера в 90 раз плотнее земной. При этом геолог Ричард Гейл из Лондонского университета утверждает: каких-то миллиард лет назад здесь плескались океаны.
Долгое время планетологи полагали, что у Венеры либо вообще никогда не было океанов, либо она потеряла их миллиарды лет назад, задолго до того, как сформировалась ее нынешняя кора. Считается, что современный рельеф планеты возрастом 700–800 миллионов лет сформирован исключительно вулканами и тектоническими сдвигами. Однако свежее исследование группы ученых под руководством геолога Ричарда Гейла (Richard C. Ghail) из Лондонского университета доказывает обратное: следы исчезнувших морей запечатаны прямо на венерианских равнинах.
Вулканизм на Венере
Изучать поверхность Венеры сложно как с Земли, так и из космоса — будь то околоземная или околовенерианская орбита. Прорыв в исследовании рельефа планеты начался в 1983–1984 годах, когда советские автоматические станции «Венера-15» и «Венера-16» впервые провели детальную радиолокационную съемку северного полушария с разрешением в 1–2 километра. Именно их радары открыли человечеству уникальные высокогорные плато — тессеры. В начале 1990-х годов американский зонд «Магеллан» уточнил эти данные, выполнив глобальное картирование с разрешением около 100 метров.
Изучая эти снимки, астрономы обнаружили на планете колоссальное количество лавовых полей и рекордные 85 тысяч (!) вулканов. Этот факт привел к тому, что в науке закрепилась жесткая «вулканическая» догма: научный мир безоговорочно поверил, что Венера — это исключительно сухой мир, залитый магмой, где никогда не было океанов. Сила этого убеждения оказалась настолько велика, что любые непонятные детали рельефа на радарных картах ученые стали автоматически приписывать действию вулканов, даже не допуская мысли, что это могут быть следы утерянной воды.
Такая предвзятость сформировалась далеко не сразу. Еще до масштабного орбитального картирования, когда советские посадочные аппараты станций «Венера» передали снимки слоистых, явно осадочных камней на поверхности планеты, научное сообщество интерпретировало эти данные, назвав камни «обычными базальтовыми потоками». Позднее, когда радары зафиксировали обилие вулканических построек, эта трактовка превратилась в абсолютный догмат. Команда Гейла решила перепроверить эти неоднозначные моменты.
Первый маркер — знаменитые canali («каналы») Венеры. Среди них находится Балтис Валлис — самое длинное русло в Солнечной системе. Вулканологи утверждали, что его прожгла экзотическая карбонатитовая лава (магма из расплавленных карбонатных солей), поскольку обычный базальт застыл бы слишком быстро. Но авторы работы указывают, что по своей геометрии эти каналы точь-в-точь похожи на субмаринные (подводные) каналы на Земле. Физическое моделирование показывает, что их прорезали придонные мутьевые потоки (смесь воды и осадков), а вязкость рабочей жидкости была аналогична обычной воде
Второй, еще более интригующий маркер — полигональный рельеф, гигантская сеть трещин, образующих многоугольники. Это структуры, покрывающие равнины низменностей. Масштаб отдельных ячеек огромен — от одного до двух километров в поперечнике. На других планетах таких больших тепловых трещин в застывшей лаве просто не существует. К примеру, на Марсе лавовые полигоны гораздо меньше, а крупные структуры возникают только при высыхании озерных отложений.
Загадка шестиугольников: лава или глина
Авторы исследования проанализировали сотни регионов с таким рельефом и разделили венерианские полигоны на шесть четких типов:
• Первые три типа (петли, сетки, паутины) имеют хаотичную форму.
• Последние три типа (решетки, линейные и сетчатые ячейки) имеют строгую прямоугольную форму, похожую на рисунок на крыле насекомого.
Единственный адекватный аналог таких структур на Земле — это полигональные системы сбросов (разломов). Они занимают миллионы квадратных километров на дне земных морей и образуются в мелкозернистых глинистых осадках, богатых смектитом — особой высокопластичной глиной. Последняя сильно разбухает от воды, а при высыхании сжимается и растрескивается. Когда этот ил сжимается, из него выдавливается вода, а пласты лопаются под давлением запертой в порах межпластовой жидкости.
На Земле самым ярким примером является подводный глубоководный Гренадский бассейн. Он расположен на дне юго-восточной части Карибского моря, прямо у берегов курортного острова Гренада и в 160 километрах к северу от Венесуэлы. Там, на океанском дне, регулярные округлые полигоны на севере плавно сменяются вытянутыми прямоугольными структурами на юге из-за того, что пласты глины сползают по подводному склону.
На Венере работает та же физика. Осадки, которые находились на относительно небольшой глубине (до 1500 метров), растрескивались хаотично (типы 1–3). Но в глубоких впадинах, где древний ил был погребен под толстым слоем наносов, породы испытывали мощное тектоническое давление, из-за чего трещины выстраивались в строгие прямоугольные решетки (типы 4–6).
Как на Венере повторялась судьба Средиземноморья
Чтобы объяснить, как именно исчезали эти древние водоемы, исследователи обратились к известной геологической катастрофе из истории Земли — Великой миоценовой регрессии (глобальному усыханию) Средиземного моря. Около шести миллионов лет назад этот водоем оказался полностью изолирован от Атлантического океана из-за тектонического подъема земной коры в районе Гибралтара.
Бассейн, отрезанный от океана, начал стремительно мелеть под палящим солнцем, поскольку испарение воды в этом жарком регионе кардинально превышало приток пресной воды из впадающих рек. Процесс шел колоссально быстро по геологическим меркам: фаза полного высыхания моря занимала всего около одной-двух тысяч лет, хотя сам геологический процесс изоляции с периодическими циклами падения и нового наполнения уровня воды длился в общей сложности около 640 тысяч лет. Он оставил после себя колоссальные пласты соли (эвапоритов), которые в некоторых местах достигают толщины в несколько километров.
По мнению авторов работы, Венера прошла через аналогичный сценарий, который занял от десятков до сотен миллионов лет. Пока на планете развивался неуправляемый парниковый эффект, в плотной атмосфере бушевал мощный фотохимический серный цикл. На возвышенностях шли интенсивные кислотные дожди, вызывая экстремальное химическое выветривание и катастрофические паводки. Мощные потоки воды стремительно смывали богатую смектитом глину с нагорий в усыхающие океаны низменностей, постепенно заполняя бассейны осадками и формируя сглаженный, пологий рельеф венерианских равнин. Следы этого глобального испарения сегодня зафиксированы в двух уникальных структурах.
Соляные складки и скрытые каньоны на Венере
Первым свидетельством выступают уже упомянутые извилистые русла-каналы (canali). Около 28% всех изученных регионов с полигональным рельефом содержат такие протоки, у которых нет очевидного вулканического источника — они просто начинаются на мелководных равнинах. Практически все длинные каналы заканчиваются в самых глубоких бассейнах, что полностью соответствует физике подводных сверхсоленых течений или плотностных мутьевых потоков, уходивших на дно усыхающего моря.
Второй важнейший маркер — так называемые гряды (складки) нагнетания (wrinkle ridges). Эти тектонические складки покрывают ровно 32% поверхности Венеры, причем практически все они расположены в низинах — строго ниже радиуса планеты в 6051,3 километра. Чтобы подобные гряды массово возникли даже при слабом сжатии коры, под ними должен находиться очень мягкий, пластичный горизонт скольжения. На Земле эту роль выполняют соленосные толщи (эвапориты).
Исследователи провели математический расчет: если взять всю площадь венерианских низменностей ниже этой критической отметки и заполнить их насыщенным соляным раствором (рапой), то после его высыхания на дне останется слой природных осадочных солей (эвапоритов) толщиной около 64 метров. Эта смесь состояла не из привычной столовой соли, а из сложной комбинации галита, гипса и сульфатов калия и магния, которые кристаллизуются при высыхании морской воды. Полученного объема этой соленосной массы вполне достаточно, чтобы послужить той самой пластичной смазкой для скольжения плит и формирования гряд (складок) нагнетания.
Затем ученые провели обратный расчет: они «растворили» эту минимальную массу соли в объеме воды, необходимом для заполнения низменностей до предполагаемой береговой линии (на отметке радиуса). При таком сценарии древний океан покрывал бы около 90% площади Венеры со средней глубиной 1400 метров, а его соленость составила бы ровно 35‰ (промилле). Это тождественно средней солености современных океанов Земли. При этом авторы оговариваются: реальные запасы соли на Венере могут быть в разы больше, образуя пласты толщиной в километры, как в Средиземном море.
Однако исследователи подчеркивают: каждое из приведенных доказательств в отдельности не является фатальным — вулканические и тектонические процессы могут давать схожую картину. Поэтому предложенный вид древней Венеры следует воспринимать не как истину в последней инстанции, а как наиболее изящную, но пока не подтвержденную версию событий.
Почему радары не видят пляжей на Венере
Если океан был настолько огромен, почему на радарных снимках практически отсутствуют четкие береговые линии? Авторы объясняют это особенностями динамики планеты. Из-за экстремально медленного вращения Венеры вокруг своей оси и отсутствия крупной Луны здесь практически не было сильных приливов. Кроме того, венерианские условия кардинально меняли саму физику волнообразования.
Плотная газовая оболочка планеты работала как тяжелый гидродинамический демпфер, буквально прижимая зеркало воды и сглаживая штормовые пики в низкую, пологую зыбь. Постоянная смена направлений приземных ветров между дневным и ночным полушариями не давала волнам достаточной длины разгона. В результате венерианский прибой был лишен штормовой разрушительной энергии, а отсутствие приливных циклов заставляло воду бить строго в одну статичную линию. Этот слабый накат просто увязал в вязких глиняных наносах, которые непрерывно смывались с нагорий, что полностью исключало формирование классических прибрежных уступов и долговечных пляжей.
В условиях постоянных бушующих паводков и интенсивного испарения берега морей на древней Венере оставались геологически нестабильными, крутыми и динамичными. Потоки воды непрерывно смывали с нагорий миллионы тонн обломочного материала и ила, которые мгновенно забивали прибрежную зону. Поскольку океан испарялся геологически стремительно, уровень воды падал непрерывно, а постоянный сход мощных паводковых селей непрерывно менял топографию побережья. В результате береговая линия слишком быстро смещалась и заиливалась, что полностью исключало возможность постепенного вымывания классических, долговечных пляжных террас, которые мы привыкли видеть на Земле.
Тем не менее на снимках «Магеллана» все же фиксируются обтекаемые острова, контуры затопленных земель и прибрежные дренажные системы. Из-за низкого пространственного разрешения радарной техники, которая работала на аппарате в начале 1990-х, эти аргументы пока остаются косвенными, но ситуация изменится уже в следующем десятилетии.
В 2031 году к Венере отправятся две исследовательские миссии — американская VERITAS и европейская EnVision. Орбитальный аппарат первой с помощью новейшего радара VISAR получит высокодетальные снимки поверхности, что позволит ученым рассмотреть возможные остатки прибрежных платформ. В свою очередь, европейский зонд с помощью прибора подповерхностного зондирования VESPER сможет заглянуть под слой базальтов. Это позволит окончательно подтвердить или опровергнуть наличие под лавовыми полями древних слоев осадочной морской глины и многокилометровых соляных залежей.
Следом за ними контактное доказательство этой водной гипотезы должна будет предоставить российская автоматическая станция «Венера-Д». Ее посадочный модуль нацелен на минералогический анализ вещества поверхности в районах тессер: с помощью грунтозаборного устройства приборы будут прицельно искать гидратированные минералы и химические следы солей (эвапоритов), осевших на коренной породе после усыхания древних бассейнов. Одновременно масс-спектрометры спускаемого аппарата проведут анализ изотопного состава водорода и дейтерия в нижней атмосфере, чтобы точно рассчитать объем утерянного древнего океана, а дрейфующие аэростатные зонды займутся поиском биомаркеров примитивной органики в каплях облачного слоя. Так планируется проверить гипотезу о существовании анаэробных бактерий-экстремофилов.
Если гипотеза подтвердится, это будет означать, что обнаруженные структуры — действительно следы древних морей Венеры, которые исчезли менее миллиарда лет назад — в то время, когда на Земле уже вовсю развивалась многоклеточная жизнь.
Все о Венере — из чего состоит, какая температура, сколько лететь и почему называют сестрой Земли — рассказывали здесь.
