9 Minute
Cercetătorii au recreat în laborator o enigmă marțiană: blocuri de dioxid de carbon înghețat par să sape prin nisip, desenând gulii înguste pe pantele dunei. Aceste forme de relief remarcabile — odinioară interpretate greșit ca posibile semne de activitate biologică — pot fi produse prin sublimare rapidă și explozii cauzate de gaz în condițiile specifice de pe Marte.
Când dioxidul de carbon înghețat devine un sculptor geologic
Pe Pământ, gulile sunt cel mai frecvent asociate cu curgerea apei sau cu activitatea organismelor vii. Pe Marte, însă, un alt agent intră în scenă: bruma sezonieră de CO2. În experimente conduse de dr. Lonneke Roelofs de la Universitatea Utrecht și publicate în Geophysical Research Letters, blocuri de dioxid de carbon solid au fost puse în evidență pentru capacitatea lor de a săpa, de a deplasa și de a aluneca prin nisip în timp ce sublimau — adică treceau direct din stare solidă în stare gazoasă. Acea sublimare generează buzunare de gaz sub presiune care împing nisipul în afară, permițând blocurilor de gheață să se „sape” în josul pantei și să lase în urmă șanțuri înguste, cu maluri laterale, care seamănă foarte mult cu gulile fotografiate de camere orbitale precum HiRISE.
Cum determină sublimarea mișcarea și eroziunea
Atmosfera subțire a planetei Marte și variațiile extreme de temperatură creează condiții rare pe Pământ. În timpul iernii marțiene, dunele din anumite câmpii ale emisferei sudice acumulează brumă de CO2 — straturi care pot ajunge la zeci de centimetri grosime. Când razele soarelui de primăvară încălzesc suprafața dunei, partea inferioară a blocurilor de CO2 detașate se vaporizează rapid. Deoarece gazul ocupă mult mai mult volum decât aceeași substanță în stare solidă, sublimarea rapidă construiește presiune locală sub și în jurul blocului.
„În simularea noastră am observat cum această presiune ridicată a gazului aruncă nisipul în jurul blocului în toate direcțiile,” explică Roelofs. Blocul apoi se poziționează într-o scobitură și, pe măsură ce sublimarea continuă, este împins în josul pantei de jeturi de gaz combinate cu gravitația. Gazul care scapă mobilizează particulele de nisip pentru a forma maluri laterale (levee-uri) pe ambele părți ale urmei, în timp ce blocul sapă un șanț îngust. Repetând acest proces pe multiple dune și sezoane se formează rețele de gulii sinuoase care pot părea alarmant de asemănătoare cu urmele lăsate de animale săpătoare sau de fluxuri lichide temporare.
Reluarea în laborator: experimentul în Camera Mars
Pentru a testa ipoteza, Roelofs și studenta masterandă Simone Visschers au folosit o cameră de simulare Mars la Open University din Milton Keynes. Sprijin financiar din partea British Society of Geomorphology a susținut vizita și realizarea experimentelor. În interiorul camerei au recreat presiuni joase, temperaturi reci și pante granular-șablonate de dună necesare pentru a observa interacțiunile realiste dintre blocurile de gheață de CO2 și nisip.
Au variat unghiurile pantei și au lăsat blocuri de CO2 de dimensiuni metrice să cadă pe fețele modelate ale dunelor. Doar în condițiile specifice de pantă și substrat au început blocurile să sape și să alunece, producând canale înguste, sinuoase, cu levee-uri mici — morfologii care se suprapun îndeaproape cu imaginile HiRISE obținute de la dune reale de pe Marte. Aceste condiții includ pante cu înclinări critice ale grăunților, compoziție granulometrică a nisipului similare cu cele observate în imagini și rate de sublimare determinate de fluxul radiativ de la sursa de iluminare din cameră.
Dună marțiană cu gulii în craterul Russell. Pe parcursul coborârii, blocurile de gheață au ridicat maluri laterale. Credit: Image taken by HiRISE (PSP_001440_1255_RED), NASA/JPL/University of Arizona
De unde provin blocurile?
Observațiile de teren combinate cu experimentele indică o origine sezonieră. Un mantou continuu de brumă de CO2 se formează pe câmpurile de dune în iarnă, uneori ajungând până la aproximativ 70 cm grosime. În primăvară, ultimele depozite persistente rămân agățate pe părțile umbrite ale crestelor de dună. Temperaturile în creștere fac ca acele resturi să se slăbească și să se fisureze în blocuri care pot să se desprindă și să se rostogolească în josul pantei. Pe parcursul deplasării, sublimarea continuă sub bloc generează excavarea propulsată de gaz și malurile laterale observate atât în laborator, cât și în imaginile orbitale.
După ce gheața se sublimează complet, ceea ce rămâne este o scobitură la baza dunei — o trăsătură semnătură găsită în multe sisteme de gulii marțiene fotografiate de orbitere. Aceste hollows sunt consistente cu un volum de material îndepărtat prin jeturi locale de gaz și transport granular, lăsând în multe cazuri un profil stratificat al sedimentului adiacent.
Aranjamentul înainte de experiment în Camera Mars. Credit: Lonneke Roelofs/Utrecht University
De ce schimbă aceasta modul în care citim suprafața marțiană
Timp de decenii, cercetătorii planetari au dezbătut dacă anumite gulii de pe Marte indică prezența temporară a apei lichide, curgeri granulare uscate, fluxuri de deșeuri lubrifiate cu CO2 sau chiar activitate biologică. Demonstrarea că blocurile de CO2 care sublimă pot reproduce gulii înguste pe dune clarifică un mecanism prin care Planeta Roșie își remodelează suprafața fără a necesita apă lichidă. Aceasta subliniază importanța fizicii non-terestre — presiune atmosferică scăzută combinată cu schimbări de fază ale CO2 — în generarea unor forme de relief care pot semăna superficial cu omologii terestre.
Aceste concluzii au implicații importante pentru interpretarea climei marțiene și a ciclurilor sezoniere, evaluarea habitabilității trecute și planificarea traseelor roverelor. De exemplu, recunoașterea originii unei gule ca fiind determinată de CO2 reduce prioritatea acesteia ca potențial habitat acvatic anterior, iar în același timp evidențiază procesele de suprafață dinamice care pot afecta siguranța roverelor sau strategiile de prelevare a probelor științifice.
.avif)
După experiment, când gheața de CO2 (încă vizibilă în partea de jos) a lăsat o urmă prin nisip, se păstrează levee-urile caracteristice pe lateralele gulei. Cotitura din guli poate fi probabil atribuită unei mici perturbări în stratul de nisip. Credit: Lonneke Roelofs/Utrecht University
Context științific și implicații mai largi
Studiul condus de Roelofs se bazează pe cercetări anterioare care au indicat sublimarea CO2 în alte evenimente de alunecare de masă marțiene, precum curgerile sezoniere de detritus lubrifiate cu gaz pe pereții craterelor. Acest experiment scoate în evidență acțiunea blocurilor discrete și arată cum un mecanism care a fost inițial neprevăzut poate lăsa urme geomorfologice persistente. Extinzând catalogul proceselor abiotice care modelează Marte, cercetarea ajută la perfecționarea modelelor de eroziune a suprafeței, transport sedimentar și evoluție a peisajului sub condițiile de presiune și temperatură marțiene.
Dr. Lonneke Roelofs pregătindu-și experimentele în Camera Mars. Credit: Lonneke Roelofs/Utrecht University
Perspectiva experților
„Această lucrare este un exemplu foarte bun despre cum fizica planetară poate produce trăsături care par biologice, dar sunt în totalitate abiotice,” spune dr. Mira Sato, geomorfolog planetar care nu a participat la studiu. „Înțelegerea eroziunii conduse de CO2 ne ajută să interpretăm corect morfologia gulilor pe Marte și să prioritizăm țintele pentru viitoarele landere și rovere. De asemenea, ne reamintește că mediile extraterestre pot utiliza materiale familiare — precum nisipul și gheața — în moduri neobișnuite.”
Ce urmează pentru cercetarea gulilor marțiene?
Pașii viitorului includ simulări cu fidelitate mai mare, măsurători mai precise ale presiunilor de gaz în timpul sublimării și monitorizare orbitală țintită a câmpiilor de dune în diferite sezoane. Observații coordonate de la instrumente precum HiRISE, combinate cu datele misiunilor viitoare, pot testa predicțiile despre unde ar trebui să se formeze gulile determinate de blocuri de CO2 și cum evoluează ele de la an la an. Din perspectiva tehnologică, camere de laborator îmbunătățite și senzori pentru fluxuri granulate vor ajuta la cuantificarea forțelor implicate în eroziunea propulsată de gaz — un proces practic absent din geomorfologia terestră standard.
De ce continuă Marte să ne fascineze? Pentru că ne obligă să regândim procese pe care le considerăm banale pe Pământ. Studii precum cel al lui Roelofs ne extind trusa de instrumente pentru „citirea” suprafețelor planetare, lăsând mai clară linia dintre procesele care ar putea indica apă sau viață și cele generate de fizica particulară a Planetei Roșii. În plus, rezultatele acestei lucrări oferă direcții practice pentru planificarea misiunilor, identificarea zonelor de interes geologic și evaluarea riscurilor pentru echipamentele exploratorii care urmează să opereze pe dunele marțiene.
Sursa: scitechdaily
Lasă un Comentariu