Onderzoekers die miljoenen kilometers van Mars zijn gevestigd, hebben nieuw bewijs onthuld voor hoe hedendaagse kenmerken worden gevormd op de Rode Planeet. Hun innovatieve laboratoriumexperimenten met sublimatie van koolstofdioxide (CO2) - het proces waarbij een stof verandert van een vaste stof in een gas zonder een tussenliggende vloeibare fase - suggereren dat hetzelfde proces verantwoordelijk is voor het veranderen van het uiterlijk van zandduinen op Mars.

Het onderzoek werd geleid door een team van Trinity College Dublin, bestaande uit promovendi aan de School of Natural Sciences, Lauren McKeown, en dr. Mary Bourke, samen met professor Jim McElwaine van de Universiteit van Durham. Hun werk, die fenomenen beschrijft die nergens op aarde te zien zijn, is zojuist gepubliceerd in de Wetenschappelijke rapporten .

Lauren Mc Keown zei:"We hebben allemaal de opwindende nieuwsfragmenten gehoord over het bewijs voor water op Mars. het huidige klimaat op Mars ondersteunt niet vaak water in vloeibare toestand - dus het is belangrijk dat we de rol begrijpen van andere vluchtige stoffen die Mars vandaag waarschijnlijk veranderen."

"De atmosfeer van Mars bestaat uit meer dan 95% CO2, toch weten we weinig over hoe het interageert met het oppervlak van de planeet. Mars heeft seizoenen, net als de aarde, wat betekent dat in de winter, veel van de CO2 in de atmosfeer verandert van toestand van gas naar vaste stof en wordt in die vorm op het oppervlak afgezet. In het voorjaar wordt het proces omgekeerd, terwijl het ijs sublimeert, en dit seizoensgebonden samenspel kan een heel belangrijk geomorfisch proces zijn."

Dr. Bourke voegde toe:"Enkele jaren geleden ontdekte ik unieke markeringen op het oppervlak van de zandduinen van Mars. Ik noemde ze Sand Furrows omdat ze langwerpig ondiep waren, genetwerkte kenmerken die seizoensgebonden vormden en verdwenen op de duinen van Mars. Wat ongewoon aan hen was, was dat ze zowel de duinhellingen als de hellingen leken te stijgen, wat vloeibaar water als oorzaak uitsloot."

"In die tijd stelde ik voor dat ze waren gevormd door cryo-ventilatie - een proces waarbij CO2-gas onder druk onder de seizoensgebonden ijsafzetting complexe patronen op het duinoppervlak erodeert wanneer het ijs breekt en het gas vrijgeeft in torenhoog stof en gasgeisers. I was opgetogen toen Lauren zich bij de Earth and Planetary Surface Process Group van de afdeling Geografie aansloot om samen met Jim en mij aan dit fenomeen te werken. Wat nodig was, was een demonstratie van hoe zand zou reageren op sublimatie van CO2-ijs, en dit gepubliceerde werk is een belangrijke stap in het leveren van dat vereiste bewijs."

De onderzoekers ontwierpen en bouwden een kamer met een lage luchtvochtigheid en plaatsten CO2-blokken op het korrelige oppervlak. Uit de experimenten bleek dat het sublimeren van CO2 een reeks morfologieën van de voren kan vormen die vergelijkbaar zijn met die waargenomen op Mars.

Lineaire geulen zijn een ander voorbeeld van actieve Mars-kenmerken die niet op aarde worden gevonden. Ze zijn lang, soms bochtig, smalle gravures waarvan gedacht wordt dat ze zijn gevormd door CO2-ijsblokken die van duinranden vallen en naar beneden 'glijden'.

Lauren Mc Keown zei:"Het verschil in temperatuur tussen het zandige oppervlak en het CO2-blok zal een damplaag onder het blok genereren, waardoor het kan zweven en naar beneden kan manoeuvreren, op dezelfde manier als hoe pucks op een ijshockeytafel glijden, in zijn kielzog een kanaal aansnijden. Bij het eindpunt, het blok zal sublimeren en een put eroderen. Het zal dan verdwijnen zonder een ander spoor dan de ruwweg cirkelvormige depressie eronder."

"Terwijl geulen op aarde gewoonlijk worden gevormd door vloeibaar water, ze eindigen bijna altijd in puinschorten en niet in kuilen. De aanwezigheid van kuilen geeft dus meer steun voor een hypothese dat CO2-blokken verantwoordelijk zijn voor lineaire geulen."

Door droogijsblokken op het zandbed in de kamer met lage vochtigheid te schuiven, de groep toonde aan dat stationaire blokken negatieve topografie kunnen eroderen in de vorm van kuilen en laterale dijken afzetten. In sommige gevallen, blokken sublimeerden zo snel dat ze zich onder de ondergrond ingraven en in minder dan 60 seconden door het zand werden opgeslokt.

Professor McElwaine zei:"Dit proces is echt anders dan alles dat van nature op aarde voorkomt - het bed lijkt gefluïdiseerd en zand wordt in alle richtingen omhoog geschopt. Toen we dit specifieke effect voor het eerst waarnamen, het was een heel spannend moment."

Door telkens 3D-modellen van het gemodificeerde bed te genereren, kuilafmetingen kunnen worden gebruikt om het bereik van blokgroottes te voorspellen die de kuilen op Mars zouden eroderen, die in diameter variëren van 1 m tot maximaal 19 m. Er werd waargenomen dat een put op Russell Crater megadune op Mars binnen één Marsjaar groeide in een mate die door deze berekeningen werd voorspeld, na de waarneming van een blok daarin het voorgaande jaar.

De volgende fase van het werk, ondersteund door Europlanet Horizon 2020-financiering, zal het team naar de Marskamer van de Open Universiteit zien gaan om de invloed van de atmosferische omstandigheden op Mars op deze nieuwe geomorfische processen te beoordelen en een numeriek model te testen dat is ontwikkeld door professor McElwaine.