Международная группа исследователей смоделировала уровень давления и состав атмосферы, при которых земные деревья смогли бы начать расти на Марсе.
Оказалось, что это куда проще, чем можно было предположить. Но первый марсианский лес может вырасти совсем не там, где его ожидают — то есть довольно далеко от экватора.
В настоящее время компания SpaceX испытывает многоразовый носитель, чья конечная цель — обеспечение колонизации и терраформирования Марса. Среди сотрудников SpaceX — ученые, ранее описывавшие технически наиболее простые и эффективные пути терраформирования четвертой планеты (с помощью суперпарниковых газов). Но этот процесс в любом случае небыстрый, требующий веков. Если поднять температуру Красной планеты до современного земного уровня можно почти сразу после достижения нужных концентраций суперпарниковых газов в марсианской атмосфере, то ее насыщение кислородом займет, в оптимальном случае, многие века. Эффективнее всего фотосинтезируют в условиях недостатка влаги деревья: у них ниже потребность в воде на единицу биомассы.
Проблема в том, что современная газовая оболочка Марса примерно в 170 раз разреженнее, чем земная на уровне моря. На Земле такое же давление на 35 километрах, а деревья для своей жизнедеятельности требуют более высокого давления. Поэтому ученые из США, Польши и Швейцарии попробовали подсчитать, при каких именно условиях на четвертой планете смогут зацвести деревья. Свои выводы они представили на конференции Астробиология и будущее жизни, прошедшей в Институте Луны и планет в Хьюстоне, США, в октябре 2024 года.
Сейчас давление на поверхности Марса — 0,61 килопаскалей. Авторы доклада отмечают, что земные деревья, согласно лабораторным экспериментам, могут расти при давлении от 10 килопаскалей, то есть в 16 раз выше современного марсианского, но в 10 раз ниже современного земного. Кроме этого, им требуется температура. При этом порядка одного процента этого давления (0,1 килопаскаля) должно приходиться на кислород, поскольку ночью земные высшие растения без него существовать не могут.
Длина вегетационного сезона должна быть не ниже 110 сол (местные сутки, 24 часа 40 минут) из 669 солов, составляющих марсианский год. На протяжении вегетации минимальные ночные температуры не должны опускать ниже -6°C, средние не должны опускаться ниже +6°C, а максимальные температуры не должны подниматься выше +40°C.
Такие условия достигаются при поглощении излучения Солнца атмосферой Марса уже в 0,27 от единицы. Это вполне реально при активном вносе туда большого количества суперпарниковых газов. При этом моделирование показывает, что нужный температурный и атмосферный режим впервые будет достигнут в несколько неожиданном месте — на Равнине Эллады.
Это впадина диаметром до 2300 километров и глубиной на семь километров ниже средней высоты поверхности Марса. При этом она лежит вне тропиков, то есть наиболее теплой части планеты. На ее дне атмосферное давление даже сейчас 1,24 килопаскаля, то есть вдвое выше стандартного марсианского. Летом там иногда образуется легкий туман, а зимой стабильно выпадает водяной иней, что делает ее хорошо различимой на поверхности планеты. Более того, давление там выше так называемой тройной точки воды, то есть там на поверхности может существовать жидкая вода, в то время как на остальной поверхности планеты она быстро выкипит из-за слишком низкого давления. На дне равнины нужные деревьям параметры давления будут достигнуты вдвое быстрее, чем для остальной поверхности Марса.
Выводы авторов работы, с одной стороны, показывают, что экватор — не лучшее место для первых экспериментальных негерметичных и неотапливаемых (и поэтому недорогих) теплиц на поверхности Марса. С другой стороны, к ним можно добавить, что исследования четвертой планеты с помощью радаров показали, что на Равнине Эллады есть залежи водного льда толщиной от 200 до 450 метров. То есть с началом терраформирования там будет образовываться жидкая вода в значительных количествах, что может запустить местный гидрологический цикл с осадками.
Отметим, что в своих расчетах ученые использовали сильные обобщения. Например, для простоты расчетов поверхность Марса разбили на куски 190 на 190 километров. Это позволяет оценить ситуацию для больших равнин, но деформирует ее в смысле оценки пригодности для деревьев пересеченной местности.
Например, долины Маринер достигают глубины в 11 километров (дно каньона Мелас). Считается, что в древности здесь было сверхглубокое озеро. Длина каньона — 547 километров, но ширина много меньше, поэтому в пятно 190 на 190 километров его обсчет не попал. Однако сам каньон лежит на возвышенности, поэтому его глубина все же меньше низких частей Равнины Эллады Учитывая, что Мелас находится на 10-м градусе южной широты, средние температуры там должны быть существенно выше, чем на Равнине Эллады, лежащей в десятках градусов от экватора.
Рост атмосферного давления на четвертой планете должен происходить сам по себе при подъеме температуры на нем. Дело в том, что значительная часть местного углекислого газа связана в сухом льде на полюсах, а большое количество азота — в перхлоратах и/или нитратах, которыми богаты местные грунты. Эти перхлораты и нитраты стабильны только при весьма низких температурах, а с их ростом распадаются, высвобождая азот. Опыты, проведенным на борту марсохода с нагреванием местного грунта показывают, что при этом выделяется азот.
Отметим, что подъем давления кислорода на Марсе до 0,1 килопаскаля — отдельная, достаточно сложная задача, в реализации которой способны помочь другие земные фотосинтезирующие организмы, о которых мы уже писали ранее. В отличие от деревьев они (согласно лабораторным экспериментам) могут выжить в марсианских условиях уже сейчас, правда, в достаточно ограниченном количестве мест.
Автор: Александр Березин