Na biegunach Marsa znajdują się pokrywy z lodu i pyłu, które odzwierciedlają przeszłe zróżnicowanie klimatyczne planety. Badacze z Intytutu Nielsa Bohr powiązali owe warstwy lodu na północnym biegunie Marsa ze zmianami w nasłonecznieniu planety. Założyli oni więc pierwszą zanotowaną zmianę klimatyczną planety, gdzie akumulacja lodu i pyłu była uwarunkowana od insolacji. Wyniki badań zostały opublikowane w magazynie naukowym Icarus.

Czapy lodowe na biegunach Marsa mają grubość kilku kilometrów i składają się głównie z lodu i pyłu. Są również warstwy, które mogą być obserwowane w skałach i zboczach dolin. Wiemy o ich istnieniu już od dziesięcioleci, kiedy otrzymaliśmy pierwsze zdjęcia z tej planety. Uważa się, że owe warstwy prezentują jaki był poprzednio klimat na Marsie. W podobny sposób odczytuje się historię klimatu na Ziemi – poprzez analizę rdzeni lodowych z Grenlandii czy Antarktyki.

Słoneczna isolacja Marsa zmieniała się znacznie w przeszłości, głównie z powodu różnic wynikających z nachylenia osi obrotu planety (nachylenia). Przez lata ludzie próbowali połączyć nasłonecznienie z tworzeniem się warstw lodu, z których mogliśmy zobaczyć górne 500 metrów. Pojedyncze sygnały mogą być powiązane ze znanymi już zmianami w nasłonecznieniu Marsa, jednak wciąż nie było jasne czy istnieje ścisły związek pomiędzy poziomem insolacji, a istnieniem i grubością pokryw lodowych.

“Tym razem poszliśmy w kompletnie innym kierunku. Opracowaliśmy model obrazujący w jaki sposób uformowały się pokrywy lodowe, bazując na fundamentalnych zasadach i procesach fizyki. Wykazaliśmy korelację pomiędzy skumulowaniem lodu i pyłu, a nasłoneczniem”, tłumaczy Christine Hvidberg – naukowiec i fizyk w Centrum Badania Lodu i Klimatu przy Uniwersytecie w Kopenhadze.

Wyjaśnia ona, że model formowania się warstw jest zależny od poziomu nasłonecznienia, a nascycenie pyłem owych warstw może być spowodowane przez dwa procesy. Jednym z nich jest zwiększenie wyparowywania lodu podczas lata w trakcie wysokiego nachylenia (kiedy oś obrotu jest nachylona w dół), a także poprzez same zmiany zbierania się pyłu spowodowane są przez właśnie to samo nachylenie osi. Model ten jest dość prosty, ale możliwy ze względu na prawa fizyki – może być on zatem wykorzystany do zbadania relacji pomiędzy zmianami klimatycznymi, a tworzeniem się warstw lodowych.

Naukowcy ustalili ramy dla modelu, który mógłby wyjaśnić powstawanie warstw, tak aby były zgodne z obserwacjami. Poprzez porównywanie rozkładu warstw w modelu wraz z precyzyjnymi pomiarami struktury warstw, które były możliwe dzięki zdjęciom czap lodowych w wysokiej rozdzielczości nadesłąnymi przez satelitę, naukowcy odkryli, że model jest w stanie odtworzyć złożone sekwencje w tych warstwach.

“Model opisuje górne 500 metrów znajdujących się na północnym biegunie czap lodowych na Marsie, co odpowiada jednemu milionowi lat i średniej wartości akumulacji lodu i pyłu wynoszącej 0.55 milimetra na rok. Model łączy również poszczególne warstwy ze szczytowym poziomem nasłonecznienia, co pozwala również ustanowić daty zmian klimatycznych w obrębie północnego bieguna Marsa przez ponad milion lat”, kontynuuje Christine Hvidberg.

Pomimo, że model jest oparty jednynie na porównywaniu z widocznymi 500 metrami górnej warstwy, to wstępne badania wykazały, że cała grubość i wewnętrzna struktura mogą czap lodowych mogą być wyjaśnione w oparciu o ten model. Wyjaśnia on zatem, że sposób w jaki lód i pył akumulowały się na północnym biegunie Marsa, był zależny i prowadzony przez różnice w nasłonecznieniu planety przez miliony lat.

Źródło: University of Copenhagen