Некоторые оползни на Марсе, кажется, бросают вызов важному закону физики. «Длинные, бегущие оползни» образованы огромными объемами горных пород и грунта, движущимися по склону, в основном из-за силы тяжести. Но их силу трудно объяснить. С объемами, превышающими объем самых больших небоскребов современности, они перемещаются с высокой скоростью до 360 километров в час по плоским поверхностям на протяжении десятков километров.
Кажется, что это указывает на то, что трение отсутствует или оно очень мало. Трение — это фундаментальная физическая сила, противодействующая движению одной поверхности, скользящей относительно другой. Отсутствие трения в этих длинных оползнях — по сравнению с обычными, более короткими оползнями — сравнимо с внезапной потерей сцепления с дорогой при движении автомобиля по мокрой или обледенелой поверхности: вы преодолеваете разрывы, но вы останавливаетесь далеко за пределами того места, где вы намеревались.
Чтобы объяснить эту загадку, ученые предположили, что эти оползни должны были произойти в то время, когда область была покрыта льдом. Но в нашей недавней работе, опубликованной в Nature Communications, мы нашли другой ответ. Результаты могут помочь нам защититься от вредных оползней — как на Марсе, так и на Земле.
Геологи обсуждали странное поведение марсианских оползней, так как они были впервые обнаружены почти полвека назад. Эти типы оползней также происходили на Земле в ее геологической истории, но поскольку наша планета активно подвержена эрозии, атмосферному выветриванию (ветер, дождь и т.д.), растительному покрову и тектонике плит, их доказательства могут быть замаскированы, пока не будут полностью стерты.
Именно по этой причине мы изучаем длительные оползни на других планетах нашей Солнечной системы. На самом деле в этом есть ряд преимуществ. На Красной планете оползни и их морфологические особенности хорошо сохраняются в течение миллионов лет из-за снижения скорости эрозии и отсутствия растительности и тектоники плит.
Теперь у нас также есть спутниковые снимки поверхности Марса с разрешением, которое лучше, чем у некоторых регионов Земли. В результате мы можем проводить наблюдения и измерения, которые на нашей планете не предоставляются возможными.
Долина Маринер на Марсе — это прямой каньон длиной около 4000 км и глубиной 8 км. Он расположен к югу от марсианского экватора, где присутствуют необычные примеры длинных, растекающихся оползней. В нашем исследовании мы сфокусировались на одном из наиболее хорошо сохранившихся оползней — площадью около 3000 км2.
Оползень показывает длинные гребни, которые простираются в направлении движения почти на всю длину. Как уже упоминалось, эти хребты ранее интерпретировались как результат подстилающего льда во время оползня. Эта гипотеза подтверждается тем фактом,что подобные структуры наблюдались в земных оползнях на ледниках.
Основываясь на этом сходстве, наличие гребней на марсианских оползнях было использовано в поддержку теории, что Марс когда-то был покрыт льдом. Но наличие ледников и их время на таких марсианских широтах горячо обсуждается. Более того, до сих пор неясно, какие именно механизмы создали эти гребни во время ледникового периода.
Чтобы выяснить, возможны ли другие объяснения, мы создали компьютерные модели оползня, которые называются «цифровыми отметками». Это трехмерные изображения местности, полученные из спутниковых изображений высокого разрешения и данных о высоте местности. Из этих данных мы могли бы рассчитать толщину оползней, длину гребней, их высоту и длину волн, то есть расстояние от гребня до гребня между двумя соседними.
Мы показали, что длина волны гребней постоянно в два-три раза превышает значение толщины оползня. Ранее это соотношение было продемонстрировано только в лабораторных экспериментах, которые не связаны со льдом, и наш результат является первым полевым доказательством.
Это говорит о том, что лед не является необходимым условием для формирования длинных хребтов. Вместо этого мы предполагаем, что хребты могли формироваться на высоких скоростях из-за подстилающих слоев неустойчивых легких пород. Эти слои были созданы вибрациями и столкновениями частиц горных пород на дне горки с шероховатой поверхностью. Это вызвало бы «процесс конвекции» — передачу тепла движением, — который привел бы к падению верхних более плотных и тяжелых слоев породы и подъему более легких пород.
Как только мы учтем эту механическую нестабильность и свяжем ее с движением на феноменально высокой скорости скольжения, мы сможем показать, что возникали вихри, проходящие в направлении движения оползня, что приводило к появлению длинных гребней, которые мы наблюдаем на поверхность оползня.
Выводы важны. На Земле запись таких катастрофических событий может привести к неправильному толкованию и упущению опасности этих оползней. Но, как это случилось в прошлом, они произойдут в будущем, создавая большой риск для инфраструктуры и жизни людей.
Как мы знаем, оползни все еще происходят на Марсе и эти исследования установят знания для смягчения рисков для человеческих поселений на Марсе, независимо от того, как далеко в будущем они будут находиться.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение