Ongeveer elke twee aardse jaren, als het zomer is op het zuidelijk halfrond van Mars, er gaat een raam open:alleen in dit seizoen kan waterdamp efficiënt opstijgen van de lagere naar de hogere Marsatmosfeer. Daar, winden dragen het edelgas naar de noordpool. Terwijl een deel van de waterdamp vergaat en de ruimte in ontsnapt, de rest zakt weer naar beneden in de buurt van de polen. Onderzoekers van het Moscow Institute of Physics and Technology en het Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) in Duitsland beschrijven deze ongewone watercyclus van Mars in een actueel nummer van de Geofysische onderzoeksbrieven . Hun computersimulaties laten zien hoe waterdamp de barrière van koude lucht in de middelste atmosfeer van Mars overwint en hogere atmosferische lagen bereikt. Dit zou kunnen verklaren waarom Mars, in tegenstelling tot de aarde, heeft het grootste deel van zijn water verloren.

Miljarden jaren geleden, Mars was een planeet rijk aan water met rivieren, en zelfs een oceaan. Vanaf dat moment, onze buurplaneet is drastisch veranderd. Vandaag, er zijn slechts kleine hoeveelheden bevroren water in de grond; in de atmosfeer, waterdamp komt slechts in sporen voor. Globaal genomen, de planeet heeft mogelijk minstens 80 procent van zijn oorspronkelijke water verloren. In de bovenste atmosfeer van Mars, ultraviolette straling van de zon splitst watermoleculen in waterstof (H) en hydroxylradicalen (OH). De waterstof ontsnapte daar onherstelbaar de ruimte in. Metingen door ruimtesondes en ruimtetelescopen tonen aan dat zelfs vandaag op deze manier gaat er toch nog water verloren. Maar hoe is dit mogelijk? De middelste atmosfeerlaag van Mars, zoals de tropopauze van de aarde, zou eigenlijk het stijgende gas moeten stoppen. Ten slotte, deze regio is meestal zo koud dat waterdamp in ijs zou veranderen. Hoe bereikt de waterdamp van Mars de bovenste luchtlagen?

In hun huidige simulaties, de Russische en Duitse onderzoekers vinden een voorheen onbekend mechanisme dat doet denken aan een soort pomp. Hun model beschrijft uitgebreid de stromen in de gehele gasomhulling rondom Mars vanaf het oppervlak tot een hoogte van 160 kilometer. De berekeningen laten zien dat de normaal ijskoude middenatmosfeer twee keer per dag doorlaatbaar wordt voor waterdamp, maar alleen op een bepaalde locatie, en in een bepaalde tijd van het jaar.

De baan van Mars speelt daarbij een beslissende rol. Zijn pad rond de zon, die ongeveer twee aardse jaren duurt, is veel elliptischer dan die van onze planeet. Op het punt dat het dichtst bij de zon ligt (wat ongeveer samenvalt met de zomer van het zuidelijk halfrond), Mars is ongeveer 42 miljoen kilometer dichter bij de zon dan op zijn verste punt. De zomer op het zuidelijk halfrond is daardoor merkbaar warmer dan de zomer op het noordelijk halfrond.

"Als het zomer is op het zuidelijk halfrond, op bepaalde tijden van de dag, waterdamp kan plaatselijk stijgen met warmere luchtmassa's en de bovenste atmosfeer bereiken, " zegt Paul Hartogh van MPS, een samenvatting van de resultaten van de nieuwe studie. In de bovenste atmosferische lagen, luchtstromen voeren het gas langs de lengtegraden naar de noordpool, waar het afkoelt en weer zakt. Echter, een deel van de waterdamp ontsnapt aan deze cyclus:onder invloed van zonnestraling, de watermoleculen vallen uiteen en waterstof ontsnapt de ruimte in.

Een andere eigenaardigheid van Mars kan deze ongewone hydrologische cyclus versterken:enorme stofstormen die de hele planeet overspannen en Mars herhaaldelijk teisteren met tussenpozen van meerdere jaren. De laatste dergelijke stormen vonden plaats in 2018 en 2007 en werden uitgebreid gedocumenteerd door ruimtesondes die rond Mars cirkelen. "De hoeveelheden stof die tijdens zo'n storm door de atmosfeer wervelen, vergemakkelijken het transport van waterdamp naar hoge luchtlagen, ", zegt Alexander Medvedev van MPS.

De onderzoekers berekenden dat tijdens de stofstorm van 2007, twee keer zoveel waterdamp bereikte de bovenste atmosfeer als tijdens een stormloze zomer op het zuidelijk halfrond. Omdat de stofdeeltjes zonlicht absorberen en zo opwarmen, de temperaturen in de hele atmosfeer stijgen tot 30 graden. "Ons model laat met ongekende nauwkeurigheid zien hoe stof in de atmosfeer de microfysische processen beïnvloedt die betrokken zijn bij de transformatie van ijs in waterdamp, " legt Dmitry Shaposhnikov van het Moskouse Instituut voor Natuurkunde en Technologie uit, eerste auteur van de nieuwe studie.

"Blijkbaar, de atmosfeer van Mars is meer doorlaatbaar voor waterdamp dan die van de aarde, Hartogh concludeert. "De nieuwe seizoensgebonden watercyclus die is gevonden, draagt ​​enorm bij aan het aanhoudende waterverlies van Mars."