Содержание
Иногда в потоке лавы есть нечто большее, чем кажется на первый взгляд. Под свежей, стерильной и дымящейся горячей поверхностью расплавленная порода все еще может прогрызать себе путь в землю, вырезая пещеры, которые могут простираться на десятки километров. На Земле такие лавовые трубы (после охлаждения) являются проблемой для спелеологов. На Луне и Марсе эти особенности вызывают интерес планетарных геологов, астробиологов и исследователей.
Лавовые трубы на Луне и Марсе — большие, чем эта, в исландской системе лавовых труб Суртшеллир-Стефаншеллир — могли бы обеспечить среду обитания для колонистов, путешествующих в космосе, а также возможности для геологических исследований. Фото: Under Earth Images/Дейв Баннелл.
Помимо того, что лавовые трубы открывают окно в геологическую историю, они обеспечивают относительно стабильные условия окружающей среды и, вероятно, будут более благоприятными, чем те, которые встречаются на поверхности планеты. Это может сделать трубки привлекательными для форм жизни всех размеров, от микробов до космических колонистов с Земли.
Если на Марсе когда-либо была жизнь, она, возможно, переместилась в такие убежища по мере развития планеты, и условия на поверхности становились все более суровыми. Действительно, некоторые исследователи предполагают, что микробная жизнь все еще может сохраняться в подземных убежищах Красной планеты. «На Марсе и в других местах лавовые трубы потенциально могут изменить жизнь и смерть», — говорит Паскаль Ли, исследователь планет в Исследовательском центре НАСА Эймса в Маунтин-Вью, Калифорния.
Где бы ни были найдены лавовые трубки, они будут научно экзотическими, говорит Ли. И если миссия в другой мир предназначена для изучения такой подземной функции, а также поверхности, «это будет похоже на получение двух планет по цене одной», — отмечает он.
Расти Вместе С Потоком
Лавовые трубы могут образовывать практически в любом месте потоки расплавленной породы из-под земли. Устойчивые потоки лавы с низкой вязкостью с наибольшей вероятностью образуют лавовые трубы. Они могут образовываться подобно тому, как реки покрываются льдом во время похолодания. По мере того как текущая лава теряет тепло в вышележащий воздух, ее поверхность охлаждается и затвердевает, но это происходит быстрее на краях потока, где материал движется медленно. В конце концов, поток расплава замерзает от берега к берегу, что изолирует нижележащую лаву, лишая ее способности напрямую излучать тепло вверх или охлаждаться ветрами, объясняет он. Затем, когда источник лавы начинает убывать или когда поток расплава прогрызает или расплавляет свой путь в нижележащие породы, или и то, и другое, лава вытекает из трубопровода и оставляет после себя пещеру с гладкими стенами и крутыми стенами.
Потоки лавы могут расплавить свой путь в нижележащие породы. Если поток быстрый и турбулентный, лава может разрушаться вниз на 1 метр каждый день, по словам Алана Уиттингтона, геолога из Техасского университета Сан-Антонио, выступая на Третьей Международной конференции по планетарным пещерам в Сан-Антонио, Техас, в феврале (1). Таким образом, трубы, созданные объемными и долговечными потоками, могут быть огромными. Самая длинная известная лавовая труба на Земле — 65-километровая пещера Казумура на Большом острове Гавайи — тянется почти до моря от вулкана Килауэа. В некоторых местах труба имеет ширину 21 метр и высоту 18 метров (2) — профиль, достаточно большой, чтобы вместить большой дом.
Но лавовые трубы на Луне и Марсе почти наверняка больше. Большинство из этих особенностей, вероятно, датируются 3-4 миллиардами лет назад, когда оба тела имели частую вулканическую активность. Рифленые элементы, известные как извилистые борозды, долгое время считались разрушенными лавовыми трубами; и совсем недавно появились более веские доказательства. Изображения, снятые орбитальными зондами, показывают отверстия в подземных пустотах. Часто называемые световыми люками, эти отверстия, вероятно, образовались, когда обрушились крыши лавовых труб. Первая такая особенность на Луне — дыра диаметром 50 метров и глубиной в десятки метров — была обнаружена более десяти лет назад на снимке, сделанном японским орбитальным аппаратом SELENE (3). С тех пор на Луне было обнаружено гораздо больше световых люков, и сотни возможных световых люков были замечены на снимках, сделанных орбитальными аппаратами Марса, первые из которых были сделаны в середине 1970-х годов (4).
Возраст лавовых труб Земли варьируется от нескольких лет, как, например, на склонах гавайского вулкана Килауэа, до нескольких сотен тысяч лет и более. Самые свежие трубы еще предстоит нанести на карту, но в некоторых районах они, как известно, простираются на десятки километров. Например, в Национальном памятнике лавовых пластов Калифорнии более 800 лавовых трубок вместе простираются по меньшей мере на 350 километров.
Тень, отбрасываемая световым люком в лавовую трубу под Спокойным лунным небом, предполагает, что эта особенность может быть чуть более 100 метров в глубину. Фото: НАСА / Годдард / Университет штата Аризона.
Среда обитания для человечества?
Исследователи на протяжении десятилетий предполагали, что лавовые трубы на Луне и в других местах могут предложить отличное пространство для обустройства жилых помещений для колонистов (5). Трубки привлекательны по многим причинам, как объяснила Лаура Кербер, геолог из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, на конференции в пещерах (6). Во-первых, окружающая среда защищена от излучения, такого как космические лучи, частицы солнечной энергии и ультрафиолетовое излучение. Во-вторых, скальная крыша будет защитой от микрометеоритов, которые в противном случае могли бы пробить скафандры и здания. И, как и на Земле, подземная среда будет защищена от перепадов температуры. На Луне эти вариации экстремальны. Данные, собранные Лунным разведывательным орбитальным аппаратом в период с 2009 по 2013 год, показывают, что температура вблизи лунного экватора может достигать 120 ° C днем и опускаться до -130 ° C в течение двухнедельной ночи.
Смогут ли колонисты на самом деле воспользоваться этими преимуществами — это другой вопрос. Учитывая вероятную нестабильность материала по краям световых люков, а также ограниченную мобильность существующих скафандров, было бы большой проблемой опустить людей в дыру в земле, а затем вытащить их обратно, говорит Уиттингтон. Тогда возникает вопрос о том, безопасны ли лавовые трубы, говорит Ли из НАСА. Несмотря на то, что он описывает как романтическую идею создания дома в этих местах, «правда о пещерах заключается в том, что они опасны», — говорит он. Это особенно вероятно вблизи световых люков, где крыша уже продемонстрировала склонность к обрушению. Человеческая деятельность вполне может еще больше дестабилизировать их или вызвать лавины материала по краям световых люков. «Лавовые трубы могут быть захватывающими для исследования, но не настолько безопасными для жизни», — говорит Ли.
Отверстия без сверления
Независимо от того, будут ли лавовые трубы служить домом для первых лунных колонистов, они предоставят множество возможностей для геологических исследований. Как отметила Чарити Филлипс-Ландер, астробиолог из Юго-Западного исследовательского института в Сан-Антонио, штат Техас, на конференции по планетарным пещерам, «пещеры обеспечивают доступ к недрам без дополнительного веса буровой нагрузки».
Астронавты «Аполлона» в рамках своей деятельности по сбору камней и почвы на поверхности Луны никогда не бурили более 2,9 метра вглубь поверхности. Напротив, стены лунных световых люков могут иметь толщину в десятки метров и демонстрировать четкие слои. Некоторые из этих слоев могут быть древними потоками лавы, которые можно датировать, чтобы показать, когда и как часто происходила вулканическая активность, отмечает Кербер. Между этими слоями могут быть зажаты слои реголита или измельченной породы, образовавшиеся в результате непрекращающихся ударов метеоритов. Толщина таких слоев может помочь исследователям оценить темпы, с которыми такие воздействия происходили в прошлом. Темпы и сроки таких воздействий будут примерно такими же, как и на Земле, поэтому они могут пролить свет на окружающую среду планеты по мере возникновения жизни — и была ли она уничтожена, прежде чем появиться снова. Более того, детальный химический анализ этих материалов может выявить информацию о прошлых изменениях солнечного ветра, заряженные частицы которого попадают в ловушку реголита. Прослеживание истории солнечного ветра также может пролить свет на изменения древнего климата Земли. Во-первых, более активное солнце, возможно, испускало больше излучения, согревающего планету, вместе с потоками заряженных частиц.
Кербер и ее коллеги придумали идею о том, как добраться до этих слоев верхнего света: лунный ровер, который использует спускающегося робота, колеса которого битком набиты приборами и датчиками (7, 8). Приблизившись к световому люку так близко, как только осмеливаются исследователи — склоны возле отверстия состоят из сыпучего материала и могут быть крутыми до 20°, — ровер выдает йо-йо-бота на 300-метровом тросе, который обеспечивает питание и связь. В настоящее время эти приборы включают в себя три камеры с высоким разрешением, микроскоп, который собирает изображения на различных длинах волн, и спектрометр для химического анализа минералов. Другие инструменты включают небольшую шлифовальную машину для удаления поверхностной патины и обнажения голой породы.
Одним из больших ограничений для такой миссии было бы время, отмечает Кербер. Спускаемый аппарат должен был бы приземлиться на Луне, развернуть свой марсоход и провести свои анализы в течение примерно 14 дней, промежуток времени между восходом и заходом Луны. Это потому, что исключительно холодные условия лунной ночи могут нанести ущерб хрупкой электронике, датчикам и батареям, из-за чего неизвестно, «проснется» ли оборудование, когда наступит следующий рассвет.
Марсианская гавань
Открытие минералов, образованных водой, наряду с другими данными, собранными орбитальными зондами, посадочными аппаратами и марсоходами, позволяет предположить, что миллиарды лет назад Марс был теплее, влажнее и имел более плотную атмосферу, чем сегодня. Если бы жизнь когда-либо развивалась на Красной планете, и если бы она была чем-то похожа на жизнь на Земле, она не жила бы сегодня на поверхности Марса, говорит Ли. Помимо того, что поверхность холодная и засушливая, она подвергается воздействию большого количества ультрафиолетового излучения. Отсутствие сильного магнитного поля означает, что космические лучи и энергетические частицы от Солнца могут свободно стекать вниз, увеличивая радиационную опасность. Статическое электричество в жестоких пыльных бурях планеты помогает создавать реактивные химические вещества, называемые перхлоратами, которые токсичны для любой земной жизни.
«Если жизнь там существует или существовала в прошлом, ее, вероятно, лучше всего поддерживать в недрах, вдали от суровых поверхностных условий и процессов».
— Чарити Филлипс-Ландер
«Но когда вы смотрите на недра, внезапно многие из этих проблем исчезают», — отмечает Ли. Филлипс-Ландер соглашается: «Если жизнь там существует или существовала в прошлом, ее, вероятно, лучше всего поддерживать в недрах, вдали от суровых поверхностных условий и процессов».
Как и на Луне и Земле, лавовые трубы на Марсе могли бы обеспечить относительно стабильную окружающую среду. И даже если эта среда сегодня непригодна для жизни, она могла бы стать последним оплотом жизни на умирающей планете. В то время, когда крупные внеземные воздействия были более распространены, лавовые трубы также могли защитить жизнь от многих их разрушительных последствий (9).
Итак, одной из целей НАСА должно быть определение того, есть ли какие—либо биоиндикаторы — признаки прошлой или настоящей жизни — в марсианских лавовых трубах (10), предложил Филлипс-Ландер на конференции в пещерах. Такие признаки могут включать органические химические вещества, которые могут флуоресцировать при определенных длинах волн света. Или они могут быть видимыми остатками биопленок, созданных сообществами микробов. Или, если такие очевидные признаки жизни отсутствуют, другие признаки прошлой жизни — такие как окаменелые микробные нити или даже ископаемые клетки — могут обнаружиться в минералах, которые образовались на стенах пещеры и затем были сохранены (11), говорит Майкл Спилд, минералог из Университета Нью-Мексико в Альбукерке.
Изучение лавовых труб на Луне и Марсе может дать информацию не только об этих телах и истории их воздействия, но также о Земле и Солнце. Эти особенности, говорит Кербер, были бы «как капсула времени для ранней истории Солнечной системы».
https://www.pnas.org/content/117/30/17461
Загрузка...
