Представьте, что первые колонисты Марса готовятся разбить теплицу на Красной планете. Им понадобятся вода, свет, подходящая температура и питательные вещества. Но есть ещё один вопрос: какую почву использовать? Оказывается, марсианский грунт далеко не одинаков по всему миру, и некоторые его разновидности могут оказаться значительно полезнее других.
Исследователи из Сиднейского университета разработали первую комплексную систему классификации марсианских почв, выделив около 2000 типов и определив, где они встречаются. Работа поможет выбрать районы, которые стоит изучить подробнее перед будущими экспедициями и строительством теплиц. Самым перспективным кандидатом для выращивания растений признан тип грунта под названием Nohibareth. Однако до появления первых марсианских огородов на практике ещё далеко.
Как учёные классифицировали почвы Марса
Несмотря на десятилетия исследований, у планетологов до сих пор не было единой системы, которая позволяла бы классифицировать марсианские почвы сразу по нескольким характеристикам. Учёные изучали геологию, минералы и химический состав поверхности, но полученные сведения не были объединены в единую подробную классификацию.
Исправить ситуацию решил Дэниел Ирвинг (Daniel Irving), аспирант Сиднейского университета, вместе со своим научным руководителем, профессором Алексом Макбратни (Alex McBratney), специалистом по почвоведению.
Исследователи предложили систему PPACS — предварительную политетическую классификацию марсианских почв. Её название связано с новым термином areths, образованным от имени Ареса — древнегреческого бога, имя которого носит Марс в греческой традиции.
Классификация включает три уровня:
- 10 крупных категорий, объединяющих основные группы почв;
- 100 промежуточных групп;
- 2000 детализированных типов.
В отличие от классификации по одному признаку, новая система учитывает совокупность характеристик грунта. Среди них — текстура, минеральный состав, кислотность (pH) и мощность почвенного профиля, то есть толщина слоя материала.
Для построения карты команда объединила спутниковые наблюдения с математическими моделями, позволившими оценить свойства поверхности почти в 800 миллионах точек. В результате учёные составили карту, охватывающую около 92% поверхности Марса.
Это важный шаг не только для геологии. Теперь исследователи могут сравнивать разные районы планеты по единому набору параметров и оценивать, какие из них потенциально подходят для будущих поселений и сельского хозяйства.
Какая марсианская почва лучше всего подходит для растений
Чтобы проверить практическую ценность своей системы, исследователи оценили все 2000 типов грунта по пяти характеристикам, имеющим значение для выращивания растений:
- способности удерживать воду;
- кислотности;
- толщине почвенного слоя;
- содержанию глины;
- содержанию гравия.
По результатам анализа на первое место вышел Nohibareth. Его итоговая оценка составила 0,93 по шкале от нуля до единицы.
Расчётные характеристики этого грунта выглядят многообещающе. Средний профиль имеет кислотность pH 6,8 — близкую к нейтральной. Около 72% состава приходится на глину, а песка и гравия относительно мало. Предполагаемая влагоёмкость составляет 202 миллиметра воды на метр грунта.
Почему это важно? Вода необходима растениям для фотосинтеза, переноса питательных веществ и поддержания клеточных процессов. Почва, способная удерживать влагу, потенциально позволит экономнее расходовать воду — особенно ценный ресурс в условиях Марса.
Однако высокий рейтинг не означает, что в такой грунт можно просто посадить семена и ждать урожая. Исследование показывает лишь то, что по выбранным параметрам Nohibareth выглядит перспективнее остальных изученных типов. Его пригодность для реального выращивания сельскохозяйственных культур ещё предстоит проверить.
Где находится наиболее перспективный грунт
По расчётам исследователей, Nohibareth встречается лишь на 0,14% поверхности Марса. Среди районов, где обнаруживается этот тип грунта, выделяются окрестности вулканического региона Фарсида (Tharsis), центральная часть Аравийской земли (Arabia Terra) и равнина Элизий (Elysium Planitia).
Эти территории могут стать кандидатами для более подробного изучения будущими марсоходами и другими исследовательскими аппаратами.
Впрочем, пока рано называть их готовыми площадками для строительства теплиц. Карта указывает на вероятное распространение подходящего грунта, а не подтверждает, что конкретное место безопасно и пригодно для сельского хозяйства.
Более того, проблема воды остаётся серьёзным ограничением. В 73% исследованных типов почвы именно способность удерживать влагу оказалась одним из главных неблагоприятных факторов. Некоторые крупные категории грунтов получили особенно низкие оценки: все рассмотренные типы в диапазоне Fareth–Mareth набрали менее 0,3 балла при первоначальной оценке пригодности для выращивания растений.
Таким образом, даже на одной планете условия для будущего земледелия могут заметно различаться. Но поиск подходящего участка — только начало задачи.
Почему марсианский грунт нельзя использовать без подготовки
На первый взгляд может показаться, что достаточно найти участок с подходящим составом, доставить туда семена и создать теплицу. На деле всё гораздо сложнее.
Прежде всего, марсианскому грунту не хватает органического вещества, которое на Земле образуется при разложении растительных и животных остатков и играет важную роль в плодородии почвы. Кроме того, исследователям необходимо учитывать доступность азота и других питательных элементов, а также возможное присутствие токсичных соединений.
Особое беспокойство вызывают перхлораты — соли, содержащие ион перхлората. Некоторые из этих соединений могут быть токсичны для живых организмов, поэтому их наличие и концентрацию необходимо проверять перед использованием марсианского грунта в сельском хозяйстве.
Новая классификация пока не учитывает все перечисленные факторы. Она также опирается на оценки, полученные из орбитальных наблюдений и моделей, а не на непосредственные измерения в каждой точке поверхности.
Поэтому даже наиболее перспективный тип почвы может потребовать тщательной обработки. Возможно, его придётся смешивать с другими материалами, добавлять питательные вещества и контролировать кислотность, влажность и микробиологический состав.
Наконец, сама теплица должна будет обеспечивать условия, которых на открытой поверхности Марса нет: подходящее давление, температуру, газовый состав атмосферы и защиту растений от опасных внешних факторов.
Как будут проверять марсианскую почву на Земле
Следующий этап исследования — лабораторные эксперименты с искусственными аналогами марсианского грунта. Учёные смогут воспроизвести смеси, соответствующие разным классам почв, и проверить их в контролируемых условиях.
В таких экспериментах можно сравнивать скорость роста растений, расход воды, доступность питательных веществ и необходимость предварительной обработки грунта. Это позволит выяснить, насколько хорошо расчётные показатели соответствуют реальным биологическим условиям.
В дальнейшем результаты измерений марсоходов и анализ образцов, доставленных с Марса, помогут проверить точность моделей. Если реальные свойства грунта совпадут с прогнозами, классификацию можно будет уточнить и использовать для планирования будущих миссий.
У работы есть и земное значение. Некоторые засушливые и полярные регионы нашей планеты тоже отличаются низким содержанием органического вещества и непростыми условиями для земледелия. Изучение подобных грунтов на Марсе может помочь лучше понять, как удерживать воду и повышать продуктивность бедных почв на Земле.
Шаг к будущему марсианскому сельскому хозяйству
Исследование, опубликованное в научном журнале CATENA, пока не приближает нас непосредственно к первому урожаю на Марсе. Его главная ценность в другом: учёные получили общий инструмент для сравнения марсианских почв и карту, позволяющую выделить наиболее интересные районы.
Система PPACS остаётся предварительной, а её оценки требуют экспериментальной проверки. Даже Nohibareth с результатом 0,93 нельзя считать готовой основой для марсианского огорода.
Тем не менее для будущих экспедиций такая работа может оказаться весьма полезной. Чем лучше исследователи понимают местные ресурсы Красной планеты, тем точнее они смогут планировать места посадки, размещение научных баз и обеспечение экипажей продовольствием.
Возможно, до первой теплицы на Марсе ещё пройдут десятилетия. Но её создание начинается задолго до прибытия строителей — с понимания того, что скрывается под их ногами.
