У пошуках марсіанського золота, срібла та інших дорогоцінних металів

Постійна присутність людини на Марсі вимагає самодостатності майбутніх колоній. Це стосується також постачання важливих для електроніки металів. Інструмент MIRORES, розроблений Центром космічних досліджень Польської академії наук, може допомогти в їх пошуку.

Передбачається, що перші спроби пілотованих польотів на Марс будуть здійснені через 20-30 років. Не тільки сучасний лідер досліджень Червоної планети, тобто США, активно цікавиться Марсом, але й Європейське космічне агентство (ESA), Росія, Індія, Китай, Японія та навіть Об'єднані Арабські Емірати. До цієї групи приєднується приватний сектор, включаючи SpaceX. Бачення Елона Маск про необхідність колонізувати інші планети у разі знищення Землі в умовах глобальної пандемії COVID-19 вже не звучать так футуристично.

Самодостатнє середовище існування на Марсі має базуватися на місцевих ресурсах. Вода (видобута з льоду) та кам'яна сировина не є основною проблемою. Пошук ключових металів у виробництві електричних проводів, зокрема тих, що потребують високої та стабільної провідності, потребує значного визначення. Я говорю про елементи з халофільних та сидерофільних груп. Халькофільні метали (наприклад, срібло, мідь, цинк, свинець) в основному містяться в сульфідах, тоді як сидерофільні метали (наприклад, залізо, нікель, кобальт, галій) можуть зустрічатися в різних мінералах, найчастіше в оксидах, але також і в сульфідах. Де їх шукати?

Дослідження марсіанських метеоритів та спостереження з орбіти та з поверхні (роверів) призводять до висновку, що гірські породи та мінерали Червоної планети майже такі самі, як і на Землі. Існують також подібні процеси, що призводять до утворення родовищ, в т.ч. вулканізм або циркуляція гарячих гідротермальних вод. Саме в районах, де відбуваються ці процеси, ми шукатимемо металеві родовища.

зображення
Марський розвідувальний орбіт над полюсом Марса — графічна концепція. Ілюстрація: NASA / JPL-Caltech [crism.jhuapl.edu]

 

Досягаючи кількох сотень градусів Цельсія, рельєфні або гідротермальні води розчиняють значну кількість сірки та металів. Після підйому на поверхню та швидкого охолодження метали та сірка осаджуються швидко, утворюючи сульфідні відкладення. Вода, необхідна для гідротермальних процесів, всюди всюди зустрічається на Марсі, наприклад у вигляді ґрунтового льоду, а в минулому також у річках та океанах. Гарячі геологічно активні райони на Марсі, якщо вони ще існують, дуже рідкісні. Однак докази молодого вулканізму від кількох десятків до кількох мільйонів років тому незаперечні. Утворені в цей час гідротермальні відкладення ще не розмиваються і не покриваються опадами.

Багато гідротермальних родовищ тепер може утворюватися після удару метеоритів, які відносно великі потрапляють на поверхню Марса (близькість до поясу астероїдів та відсутність захисту від мікроелементів планети). Після удару метеориту гірські породи тануть так само, як і у вулканічних процесах, а підземні води поводяться як гідротермальні води. В результаті це призводить до утворення відкладень на краях ударних кратерів. Таким чином утворилися родовища на Землі поблизу удару кратера Садбері в Канаді, де, серед інших, є шахта KGHM.

зображення
Упорядкування корисних копалин у кратері Jezero на Марсі — модифіковане зображення зонда Mars Reconnaissance Orbiter. Зелений колір являє собою карбонати, які на Землі сприяють збереженню скам'янілостей живих організмів. Червоний колір являє собою оливковий пісок, який розмивається з місцевих порід, Ілюстрація: NASA / JPL-Caltech / MSSS / JHU-APL / Purdue / USGS [mars.nasa.gov]

 

Пошук золота на Марсі змушує вас звернути увагу на річки. Оскільки золото в кілька разів важче інших корисних копалин, воно спочатку падає на дно там, де річка сповільнюється, наприклад, на піщаних піщаних плитах або в дольних дуплах. Ці знання використовувались навіть під час золотої лихоманки на Алясці. На Марсі, як і на Землі, річкова мережа була дуже щільною і золоті зерна, ймовірно, сортувались так само, як і в річках Блакитної планети.

Безпосереднє виявлення родовищ вимагає належної мінералогічної експертизи поверхні Марса. Для цього найкраще підходять ровери, але вони можуть працювати лише на дуже обмеженій території. Спостереження з орбіти дають більше можливостей. В даний час єдиним приладом для збору матеріалу, призначеного для мінералогічного аналізу поверхні Марса, є спектрометр CRISM зонда Mars Reconnaissance Orbiter (працює з 2006 року).

зображення
Сульфати, гіпс і силікати, що оточують пік Сісіфі Монтеса на Марсі — вимірюються зондом Марс Реконнессанс, використовуючи компактний реконструкторський спектрометр для Марса (CRISM). Ілюстрація: Лабораторія прикладної фізики Університету Джона NASK / Джона Хопкінса [crism.jhuapl.edu]

 

На жаль, CRIMS має суттєве обмеження — він не може виявити сульфіди. У спектральному діапазоні приладу (0,4 мкм — 3,9 мкм) сульфіди занадто схожі на ті, що поширені на піроксенах Марса. КРИЗМ дозволяє лише виявляти деякі сульфідні продукти вивітрювання, такі як сульфати (наприклад, ярозит і алюміт) або оксиди (наприклад, гематит).

Запис випромінювання в далекому інфрачервоному діапазоні (20 мкм — 35 мкм) дав би більший шанс виявити відкладення, де спектральні особливості сульфідів більш виражені. Цій вимозі відповідає MIRORES (Martian far-IR ORE Spectrometer), інструмент, розроблений у Вроцлавському відділенні Центру космічних досліджень Польської академії наук.

зображення
Інструмент MIRORES. Ілюстрація: CBK PAN

 

У конструкції пристрою використовуються піроелектричні інфрачервоні детектори, які дозволять пристрою ефективно працювати в діапазоні температур від -20 ° C до + 90 ° C. Однак, завдяки оптичній системі Cassegrain, прилад набуде компактну форму маленької кубоїди розміром 42 см '32 см' 32 см. Дані з MIRORES матимуть просторову роздільну здатність 10 м / піксель, майже в чотири рази вищу, ніж КРИЗМ (18 м / піксель).

Компактний розмір MIRORES дозволить вам легко включити пристрій до складу марсіанської місії Китаю чи Японії і навіть повністю польського підприємства. В результаті польський спектрометр міг почати пошук металевих родовищ на Марсі вже в другій половині 1920-х років. Розроблені рішення також можуть бути адаптовані до аналогічних досліджень Місяця та великих астероїдів. Таким чином, MIRORES і пов'язані з ними роботи CBK PAS є частиною більш широкого інтересу до космічного видобутку у світі.

Якуб Сіжела, Ярослав Башкала, Мірослав Ковальський

Центр космічних досліджень Польської академії наук

Facebook Comments