Calote de gheață polare marțiene - Martian polar ice caps

Capacul polar nordic în 1999
Capac polar sudic în 2000

Planeta Marte are două calote polare permanente . În timpul iernii unui stâlp, acesta se află în întuneric continuu, răcind suprafața și provocând depunerea a 25-30% din atmosferă în plăci de gheață de CO 2 ( gheață uscată ). Când polii sunt expuși din nou la lumina soarelui, CO 2 înghețat se sublimează . Aceste acțiuni sezoniere transportă cantități mari de praf și vapori de apă, dând naștere înghețului asemănător Pământului și norilor mari .

Capacele de la ambii poli constau în principal din gheață de apă . Dioxidul de carbon înghețat se acumulează ca un strat relativ subțire gros de aproximativ un metru grosime pe capacul nordic în iarna nordică, în timp ce capacul sudic are un strat permanent de gheață uscată de aproximativ 8 m grosime. Capacul polar nordic are un diametru de aproximativ 1000 km în timpul verii nordului Marte și conține aproximativ 1,6 milioane km cubi de gheață, care dacă ar fi răspândit uniform pe capac ar avea o grosime de 2 km. (Aceasta se compară cu un volum de 2,85 milioane km cubi (km 3 ) pentru calota de gheață din Groenlanda .) Capacul polar sudic are un diametru de 350 km și o grosime de 3 km. Volumul total de gheață din capacul polar sudic, plus depozitele stratificate adiacente, a fost, de asemenea, estimat la 1,6 milioane km cubi. Ambele capace polare prezintă jgheaburi în spirală, pe care recentele analize ale radarului de penetrare a gheții SHARAD le- au arătat că sunt rezultatul vânturilor katabatice aproximativ perpendiculare care se spiralează datorită Efectului Coriolis .

Înghețarea sezonieră a unor zone din apropierea calotei de gheață sudică are ca rezultat formarea de dale transparente de 1 m grosime de gheață uscată deasupra solului. Odată cu venirea primăverii, lumina soarelui încălzește suprafața și presiunea de la sublimarea CO 2 se acumulează sub o placă, ridicându-se și, în cele din urmă, rupându-l. Acest lucru duce la erupții asemănătoare gheizerelor de gaz CO 2 amestecat cu nisip sau praf bazaltic întunecat. Acest proces este rapid, observat întâmplându-se în câteva zile, săptămâni sau luni, o rată de schimbare destul de neobișnuită în geologie - în special pentru Marte. Gazul care se grăbește sub o lespede până la locul unui gheizer sculptează un tip de păianjen de canale radiale sub gheață.

În iulie 2018, oamenii de știință italieni au raportat descoperirea unui lac subglaciar pe Marte, la 1,5 km (0,93 mi) sub suprafața depozitelor stratificate polare sudice (nu sub calota de gheață permanentă vizibilă) și la aproximativ 20 km (12 mi) peste , primul corp stabil de apă cunoscut de pe planetă.

Înghețarea atmosferei

Cercetările bazate pe ușoare modificări ale orbitelor navelor spațiale din jurul Marte de peste 16 ani au constatat că în fiecare iarnă, aproximativ 3 trilioane până la 4 trilioane de tone de dioxid de carbon îngheață din atmosferă pe capacul polar al emisferei de iarnă. Aceasta reprezintă 12-16% din masa întregii atmosfere marțiene . Aceste observații susțin predicțiile din modelul global de referință al atmosferei Marte - 2010.

Straturi

Ambele capace polare prezintă trăsături stratificate, numite depozite stratificate polare, care rezultă din ablația sezonieră și acumularea de gheață împreună cu praful din furtunile de praf din Marte. Informațiile despre climatul trecut al lui Marte pot fi dezvăluite în cele din urmă în aceste straturi, la fel ca modelele inelului copacilor și datele miezului de gheață pe Pământ. Ambele capace polare afișează, de asemenea, caracteristici canelate, cauzate probabil de tiparele fluxului de vânt. Șanțurile sunt, de asemenea, influențate de cantitatea de praf. Cu cât este mai mult praf, cu atât suprafața este mai întunecată. Cu cât suprafața este mai întunecată, cu atât se topesc mai mult. Suprafețele întunecate absorb mai multă energie luminoasă. Există alte teorii care încearcă să explice canelurile mari.

Straturi în calota de gheață nordică, așa cum este văzut de HiRISE în cadrul programului HiWish

Capac polar nordic

Mozaic de imagini realizate între 16 decembrie 2015 și 26 ianuarie 2016 de Mars Orbiter Mission

Cea mai mare parte a calotei de gheață nordică este formată din gheață de apă ; are și un furnir sezonier subțire de gheață uscată , dioxid de carbon solid . În fiecare iarnă, calota de gheață crește adăugând 1,5 până la 2 m de gheață uscată. Vara, gheața uscată se sublimează (trece direct de la un solid la un gaz) în atmosferă. Marte are anotimpuri similare cu ale Pământului, deoarece axa sa de rotație are o înclinare apropiată de cea a Pământului nostru (25,19 ° pentru Marte, 23,44 ° pentru Pământ).

În fiecare an, pe Marte, o treime din atmosfera subțire de dioxid de carbon (CO 2 ) a lui Marte „îngheață” în timpul iernii în emisferele nordice și sudice. Oamenii de știință au măsurat chiar mici modificări ale câmpului gravitațional al Marte datorită mișcării dioxidului de carbon.

Calota de gheață din nord are o altitudine mai mică (baza la -5000 m, vârful la -2000 m) decât cea din sud (baza la 1000 m, vârful la 3500 m). De asemenea, este mai cald, deci tot dioxidul de carbon înghețat dispare în fiecare vară. Partea capacului care supraviețuiește vara se numește capac rezidual nordic și este făcută din gheață de apă. Se crede că această gheață de apă are o grosime de până la trei kilometri. Capacul mult mai subțire sezonier începe să se formeze la sfârșitul verii până la începutul toamnei când se formează o varietate de nori. Numit capota polară, norii cad precipitații care îngroșează capacul. Capacul polar nordic este simetric în jurul polului și acoperă suprafața până la aproximativ 60 de grade latitudine. Imaginile de înaltă rezoluție luate împreună cu Mars Global Surveyor ale NASA arată că capacul polar nordic este acoperit în principal de gropi, crăpături, mici umflături și butoane care îi conferă un aspect de brânză de vaci. Gropile sunt distanțate între ele în raport cu depresiunile foarte diferite din capacul polar sudic.

Ambele capace polare prezintă caracteristici stratificate care rezultă din topirea sezonieră și depunerea gheții împreună cu praful din furtunile de praf din Marte. Aceste depozite stratificate polare se află sub capacele polare permanente. Informațiile despre climatul trecut al lui Marte pot fi dezvăluite în cele din urmă în aceste straturi, la fel ca modelele inelului copacilor și datele miezului de gheață pe Pământ. Ambele capace polare afișează, de asemenea, caracteristici canelate, cauzate probabil de tiparele fluxului de vânt și de unghiurile solare, deși există mai multe teorii care au fost avansate. Șanțurile sunt, de asemenea, influențate de cantitatea de praf. Cu cât este mai mult praf, cu atât suprafața este mai întunecată. Cu cât suprafața este mai întunecată, cu atât se topesc mai mult. Suprafețele întunecate absorb mai multă energie luminoasă. O mare vale, Chasma Boreale trece la jumătatea capului. Are o lățime de aproximativ 100 km și o adâncime de până la 2 km - asta este mai adânc decât Marele Canion al Pământului .

Când înclinarea sau oblicitatea se modifică, dimensiunea capacelor polare se schimbă. Când înclinarea este maximă, polii primesc mult mai multă lumină solară și mai multe ore în fiecare zi. Lumina soarelui suplimentară face ca gheața să se topească, atât de mult încât ar putea acoperi părți ale suprafeței în 10 m de gheață. S-au găsit multe dovezi pentru ghețarii care s-au format probabil atunci când a avut loc această schimbare climatică indusă de înclinare.

Cercetările raportate în 2009 arată că straturile bogate în gheață ale calotei de gheață se potrivesc cu modelele pentru schimbările climatice marțiene. Instrumentul radar al NASA Mars Reconnaissance Orbiter poate măsura contrastul proprietăților electrice dintre straturi. Modelul reflectivității dezvăluie modelul variațiilor materiale din straturi. Radarul a produs o vedere în secțiune transversală a depozitelor stratificate nord-polare de pe Marte. Zonele cu reflectivitate ridicată, cu mai multe straturi contrastante, alternează cu zonele cu reflectivitate mai mică. Modele de alternare a acestor două tipuri de zone pot fi corelate cu modelele de schimbări ale înclinării lui Marte. Deoarece zona superioară a depozitelor stratificate polare nord - cea mai recentă porțiune depusă - este puternic reflectantă la radar, cercetătorii propun că astfel de secțiuni de stratificare cu contrast ridicat corespund perioadelor de oscilații relativ mici în înclinarea planetei, deoarece axa marțiană nu a variat prea mult recent. Straturile mai prafoase par a fi depuse în perioadele în care atmosfera este mai prăfuită.

Cercetările, publicate în ianuarie 2010 folosind imagini HiRISE , arată că înțelegerea straturilor este mai complicată decât se credea anterior. Luminozitatea straturilor nu depinde doar de cantitatea de praf. Unghiul soarelui împreună cu unghiul navei spațiale afectează foarte mult luminozitatea văzută de cameră. Acest unghi depinde de factori precum forma peretelui jgheabului și orientarea acestuia. Mai mult, rugozitatea suprafeței poate schimba foarte mult albedo (cantitatea de lumină reflectată). În plus, de multe ori ceea ce vedeți nu este un strat real, ci o acoperire proaspătă de îngheț. Toți acești factori sunt influențați de vântul care poate eroda suprafețele. Camera HiRISE nu a dezvăluit straturi care erau mai subțiri decât cele văzute de Mars Global Surveyor. Cu toate acestea, a văzut mai multe detalii în straturi.

Măsurătorile radar ale calotei de gheață polare nord au constatat că volumul de gheață de apă din depozitele stratificate ale calotei a fost de 821.000 de kilometri cubi (197.000 de mile cubice). Aceasta este egală cu 30% din calota de gheață a Groenlandei. (Depozitele stratificate acoperă un depozit bazal suplimentar de gheață.) Radarul se află la bordul Mars Reconnaissance Orbiter .

Datele radar SHARAD atunci când sunt combinate pentru a forma un model 3D dezvăluie craterele îngropate. Acestea pot fi utilizate pentru datarea anumitor straturi.

În februarie 2017, ESA a lansat o nouă imagine asupra Polului Nord al lui Marte. Era un mozaic realizat din 32 de orbite individuale ale Mars Express .

Capac polar sudic

Capacul permanent polar polar este mult mai mic decât cel din nord. Are un diametru de 400 km, comparativ cu diametrul de 1100 km al capacului nordic. În fiecare iarnă sudică, calota de gheață acoperă suprafața la o latitudine de 50 °. O parte a calotei de gheață este formată din gheață uscată , dioxid de carbon solid . În fiecare iarnă, calota de gheață crește adăugând 1,5 până la 2 metri de gheață uscată din precipitații dintr-o capotă polară de nori. Vara, gheața uscată se sublimează (trece direct de la un solid la un gaz) în atmosferă. În fiecare an, pe Marte, o treime din atmosfera subțire de dioxid de carbon (CO 2 ) a lui Marte „îngheață” în timpul iernii în emisferele nordice și sudice. Oamenii de știință au măsurat chiar mici modificări ale câmpului gravitațional al Marte datorită mișcării dioxidului de carbon. Cu alte cuvinte, acumularea de gheață în timpul iernii schimbă gravitația planetei. Marte are anotimpuri similare cu ale Pământului, deoarece axa sa de rotație are o înclinare apropiată de cea a Pământului nostru (25,19 ° pentru Marte, 23,45 ° pentru Pământ). Capacul polar sudic este mai mare în altitudine și mai rece decât cel din nord.

Calota de gheață sudică reziduală este deplasată; adică nu este centrat pe polul sudic. Cu toate acestea, capacul sezonier sudic este centrat în apropierea polului geografic. Studiile au arătat că capacul descentrat este cauzat de căderea mult mai multă zăpadă pe o parte decât pe cealaltă. Pe partea emisferică vestică a polului sud se formează un sistem de presiune scăzută deoarece vânturile sunt schimbate de bazinul Hellas. Acest sistem produce mai multă zăpadă. Pe de altă parte, este mai puțină zăpadă și mai mult îngheț. Zăpada tinde să reflecte mai multă lumină solară vara, deci nu se topește prea mult sau se sublimează (clima de pe Marte face ca zăpada să treacă direct de la un solid la un gaz). Frost, pe de altă parte, are o suprafață mai aspră și tinde să prindă mai multă lumină solară, rezultând o sublimare mai mare. Cu alte cuvinte, zonele cu mai mult îngheț mai aspru sunt mai calde.

Cercetările publicate în aprilie 2011 au descris un depozit mare de dioxid de carbon înghețat lângă polul sud. Cea mai mare parte a acestui depozit intră probabil în atmosfera lui Marte atunci când înclinarea planetei crește. Când se întâmplă acest lucru, atmosfera se îngroașă, vânturile devin mai puternice, iar suprafețele mai mari de la suprafață pot susține apa lichidă. Analiza datelor a arătat că, dacă aceste depozite ar fi toate transformate în gaz, presiunea atmosferică pe Marte s-ar dubla. Există trei straturi ale acestor depozite; fiecare este acoperit cu un strat de 30 de metri de gheață de apă care împiedică CO 2 să se sublimeze în atmosferă. În sublimare, un material solid intră direct într-o fază gazoasă. Aceste trei straturi sunt legate de perioadele în care atmosfera s-a prăbușit când s-a schimbat clima.

Există un câmp mare de eskeri în jurul polului sud, numit Formația Dorsa Argentea , se crede că este rămășițele unei straturi de gheață uriașe. Se crede că această mare strat de gheață polar a acoperit aproximativ 1,5 milioane de kilometri pătrați. Această zonă este de două ori mai mare decât cea a statului Texas .

În iulie 2018, ESA a descoperit indicații ale apei sărate lichide îngropate sub straturi de gheață și praf prin analiza reflexiei impulsurilor radar generate de Mars Express .

Aspect brânză elvețiană

În timp ce capacul polar nordic al lui Marte are o suprafață plană, fără sâmburi, care seamănă cu brânza de vaci, capacul polar sud are gropi mai mari, jgheaburi și mase plate care îi conferă un aspect de brânză elvețiană. Stratul superior al capacului rezidual polar sudic marțian a fost erodat în mase cu vârf plat cu depresiuni circulare. Observațiile făcute de Mars Orbiter Camera în 2001 au arătat că scarpele și pereții carierei capului polar sudic s-au retras cu o rată medie de aproximativ 3 metri (10 picioare) din 1999. Cu alte cuvinte, aceștia se retrăgeau 3 metri pe an pe Marte . În unele locuri de pe capac, scarpele se retrag la mai puțin de 3 metri pe an pe Marte, iar în altele se pot retrage până la 8 metri (26 de picioare) pe an marțian. De-a lungul timpului, gropile polare sudice se unesc pentru a deveni câmpii, mesele se transformă în butte , iar butte dispar pentru totdeauna. Forma rotundă este probabil ajutată la formarea sa de unghiul soarelui. Vara, soarele se mișcă în jurul cerului, uneori timp de 24 de ore în fiecare zi, chiar deasupra orizontului. Ca urmare, pereții unei depresiuni rotunde vor primi lumina soarelui mai intensă decât podeaua; peretele se va topi mult mai mult decât podeaua. Pereții se topesc și se retrag, în timp ce podeaua rămâne aceeași.

Cercetările ulterioare cu puternicul HiRISE au arătat că gropile se află într-un strat gros de 1-10 metri de gheață uscată, așezat pe un capac de gheață mult mai mare. S-a observat că gropile încep cu zone mici de-a lungul fracturilor slabe. Gropile circulare au pereți abrupți care lucrează pentru a concentra lumina soarelui, crescând astfel eroziunea. Pentru ca o groapă să dezvolte un perete abrupt de aproximativ 10 cm și o lungime de peste 5 metri.

Imaginile de mai jos arată de ce se spune că suprafața seamănă cu brânza elvețiană; se pot observa, de asemenea, diferențele pe o perioadă de doi ani.

Canalele Starburst sau păianjenii

Canalele Starburst sunt modele de canale care radiază în extensii cu pene. Acestea sunt cauzate de gazul care scapă împreună cu praful. Gazul se acumulează sub gheață translucidă pe măsură ce temperatura se încălzește în primăvară. De obicei, lățime de 500 de metri și adâncime de 1 metru, păianjenii pot suferi modificări observabile în doar câteva zile. Un model pentru înțelegerea formării păianjenilor spune că lumina soarelui încălzește boabele de praf în gheață. Boabele calde de praf se depun prin topirea prin gheață, în timp ce găurile sunt recocite în spatele lor. Ca urmare, gheața devine destul de limpede. Lumina soarelui ajunge apoi la fundul întunecat al plăcii de gheață și schimbă gheața solidă cu dioxid de carbon într-un gaz care curge spre regiunile superioare care se deschid la suprafață. Gazul se grăbește transportând praf întunecat cu el. Vânturile de la suprafață vor sufla gazul și praful care scapă în ventilatoare întunecate pe care le observăm cu nave spațiale orbitante. Fizica acestui model este similară cu ideile prezentate pentru a explica penele întunecate care erup pe suprafața Tritonului .

Cercetările, publicate în ianuarie 2010 folosind imagini HiRISE, au constatat că unele canale din păianjeni cresc mai mult pe măsură ce urcă în sus, deoarece gazul face eroziunea. Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că gazul curge către o fisură care a avut loc într-un punct slab al gheții. De îndată ce soarele răsare deasupra orizontului, gazul păianjenilor aruncă praful care este suflat de vânt pentru a forma o formă întunecată de evantai. O parte din praf este prins în canale. În cele din urmă înghețul acoperă toate ventilatoarele și canalele până în primăvara următoare, când ciclul se repetă.

Straturi

Chasma Australe, o vale majoră, traversează depozitele stratificate din capacul polar sudic. Pe latura 90 E, depozitele se sprijină pe un bazin major, numit Prometeu.

Unele dintre straturile din polul sud prezintă, de asemenea, fracturi poligonale sub formă de dreptunghiuri. Se crede că fracturile au fost cauzate de expansiunea și contracția gheții de apă sub suprafață.

Îmbogățirea deuteriului calotei polare

Dovezi că Marte a avut odată suficientă apă pentru a crea un ocean global de cel puțin 137 m adâncime au fost obținute din măsurarea raportului HDO la H 2 O pe capacul polar nordic. În martie 2015, o echipă de oameni de știință a publicat rezultate care arată că gheața capului polar este de aproximativ opt ori mai bogată în deuteriu , hidrogen greu, ca apa din oceanele Pământului. Aceasta înseamnă că Marte a pierdut un volum de apă de 6,5 ori mai mare decât cel stocat în capacele polare actuale. Apa pentru o vreme ar fi putut forma un ocean în zona joasă Vastitas Borealis și în zonele joase adiacente ( Acidalia , Arcadia și Utopia planitiae). Dacă apa ar fi fost vreodată lichidă și la suprafață, ar fi acoperit 20% din planetă și, pe alocuri, ar fi avut aproape o milă adâncime.

Această echipă internațională a folosit Telescopul foarte mare al ESO , împreună cu instrumentele de la WM Keck Observatory și NASA Infrared Telescope Facility , pentru a identifica diferite forme izotopice de apă din atmosfera lui Marte pe o perioadă de șase ani.

Galerie

Extinderi de gheață CO 2 polară nord (stânga) și sud (dreapta) în timpul unui an marțian
Imagini ale calotei de gheață

Vezi si

Referințe

linkuri externe