Vpusti na Marsu - Gullies on Mars

Vpusti v jižní vysočině Marsu, jižně od Argyre Planitia . 2014 obrázek z kamery HiRISE na Mars Reconnaissance Orbiter .

Marťanské vpusti jsou malé, naříznuté sítě úzkých kanálů a s nimi spojená ložiska sedimentů sestupných svahů , které se nacházejí na planetě Mars . Jsou pojmenovány pro svou podobnost s pozemskými vpusti . Poprvé objeveny na snímcích z Mars Global Surveyor , vyskytují se na strmých svazích, zejména na stěnách kráterů. Obvykle má každý vpust dendritický výklenek na hlavě, vějířovitá zástěra na jeho základně a jediné vlákno naříznutého kanálu spojující dva, což dává celé vpusti tvar přesýpacích hodin. Odhaduje se, že jsou relativně mladí, protože mají málo kráterů, pokud vůbec nějaké. Podtřída vpustí je také nalezena vyřezaná do tváří písečných dun, které jsou samy o sobě považovány za poměrně mladé. Lineární dunové vpusti jsou nyní považovány za opakující se sezónní prvky.

Většina vpustí se vyskytuje 30 stupňů na každé polokouli, s větším počtem na jižní polokouli. Některé studie zjistily, že vpusti se vyskytují na svazích, které jsou obráceny všemi směry; jiní zjistili, že větší počet vpustí se nachází na svazích obrácených k pólům, zejména od 30 ° do 44 ° jižní šířky. Přestože jich bylo nalezeno tisíce, zdá se, že jsou omezeny pouze na určité oblasti planety. Na severní polokouli byly nalezeny v Arcadia Planitia , Tempe Terra , Acidalia Planitia a Utopia Planitia . Na jihu se nacházejí vysoké koncentrace na severním okraji povodí Argyre, na severu Noachis Terra a podél stěn odtokových kanálů Hellas. Nedávná studie zkoumala 54 040 snímků CTX, které pokrývaly 85% povrchu Marsu, nalezeno 4861 samostatných vroubkovaných reliéfů (např. Jednotlivé krátery, mohyly, údolí atd.), Což dohromady představovalo desítky tisíc jednotlivých vpustí. Odhaduje se, že CTX dokáže vyřešit 95% vpustí.

Tento článek podává historii objevů a výzkumu vpustí. Jak výzkum pokračuje, příčina marťanských vpustí se přesunula z nedávné kapalné vody na kousky suchého ledu pohybující se po strmých svazích, ale výzkum pokračuje. Na základě jejich formy, aspektů, poloh a umístění mezi a zjevné interakce s rysy, o nichž se předpokládá, že jsou bohaté na vodní led, si mnozí vědci myslí, že procesy vyřezávání vpustí zahrnují kapalnou vodu. Když se porovnají objemy zástěr se zbytkem vpusti, zdá se, že v zástěře je mnohem menší objem; velká část materiálu proto mohla obsahovat vodu a led, které zmizely. To však zůstává tématem aktivního výzkumu. Protože jsou vpusti tak mladé, mohlo by to naznačovat, že na Marsu byla v jeho velmi nedávné geologické minulosti přítomna kapalná voda, což má důsledky pro potenciální obyvatelnost moderního povrchu. 10. července 2014 NASA oznámila, že vpusti na povrchu Marsu byly většinou tvořeny sezónním zmrazováním oxidu uhličitého (CO 2 ), a nikoli kapalnou vodou, jak se uvažovalo dříve.

Formace

Obrázek vpustí s hlavními částmi označenými. Hlavní části marťanské vpusti jsou výklenek, kanál a zástěra. Protože na této vpusti nejsou žádné krátery, je považována za poměrně mladou. Snímek pořídil HiRISE v rámci programu HiWish. Umístění je čtyřúhelník Phaethontis .
Skupina vpustí na severní stěně kráteru, který leží západně od kráteru Newton. Výklenek a zástěra jedné vpusti jsou označeny. Tyto vpusti jsou spojeny s morénovými hřebeny na koncích svahu, což naznačuje, že se vytvořily na místě nyní nepřítomného tekoucího ledu . Všimněte si, že jsou řezány do pláště, který je mnohem hladší než podkladový materiál s hrubou strukturou. Snímek pořídil Mars Global Surveyor .

Poté, co byly objeveny, bylo předloženo mnoho hypotéz k vysvětlení vpustí. Nicméně, jako v obvyklém vývoji vědy, některé nápady začaly být věrohodnější než jiné, když bylo provedeno více pozorování, když byly použity jiné nástroje a byla použita statistická analýza. Přestože některé vpusti připomínaly toky odpadků na Zemi, bylo zjištěno, že mnoho vpustí bylo na svazích, které nebyly dostatečně strmé pro typické toky odpadků. Výpočty ukázaly, že tlak a teploty nejsou pro kapalný oxid uhličitý správné. Navíjecí tvar vpustí navíc naznačoval, že toky jsou pomalejší, než jaké by vznikaly při proudech úlomků nebo erupcích kapalného oxidu uhličitého. V řídké marťanské atmosféře by ze země explodoval kapalný oxid uhličitý. Protože kapalný oxid uhličitý by vrhl materiál přes 100 metrů, kanály by měly být přerušované, ale nejsou. Nakonec byla většina hypotéz zúžena tak, aby zahrnovala kapalnou vodu pocházející z vodonosné vrstvy , z tání na základně starých ledovců (nebo sněhových pokrývek) nebo z tání ledu v zemi, když bylo klima teplejší.

Detailní snímky s HiRISE ukázaly detaily, které podporují myšlenku, že byla zahrnuta tekutina. Obrázky ukazují, že kanály byly vytvořeny několikrát. Menší kanály byly nalezeny ve větších údolích, což naznačuje, že po vytvoření údolí se další vytvořilo později. Mnoho případů ukázalo, že kanály v různých časech prošly různými cestami. V některých kanálech byly běžné zjednodušené formy jako ostrovy ve tvaru teadropu. Následující skupina obrázků vpustí ilustruje některé tvary, které vedly vědce k názoru, že na vytvoření alespoň některých vpustí se podílela voda.

Další studie však otevírají další možnosti; Studie vydaná v říjnu 2010 navrhuje, aby některé vpusti, ty na písečných dunách, mohly být vytvořeny nahromaděním pevného oxidu uhličitého v chladných zimních měsících.

10. července 2014 NASA oznámila, že vpusti na povrchu Marsu byly většinou tvořeny sezónním zmrazováním oxidu uhličitého ( ledu CO 2 nebo „suchého ledu“), a nikoli kapalné vody, jak se dříve uvažovalo.

O přesné příčině/příčinách těchto vpustí se stále diskutuje. Studie podporovala tvorbu jako hlavní příčinu tání zemního ledu nebo sněhové pokrývky. Bylo prozkoumáno více než 54 000 snímků CTX, které pokrývaly přibližně 85% povrchu planety.

Vodonosné vrstvy

Většina hlav vpustových výklenků se vyskytuje na stejné úrovni, přesně tak, jak by se dalo očekávat, kdyby voda vytékala z vodonosné vrstvy . Různá měření a výpočty ukazují, že kapalná voda by mohla existovat v podzemních vrstvách v obvyklých hloubkách, kde začínají vpusti. Jednou z variant tohoto modelu je, že stoupající horké magma mohlo roztát led v zemi a způsobit proudění vody ve zvodnělých vrstvách. Vodonosné vrstvy jsou vrstvy, které umožňují proudění vody. Mohou se skládat z porézního pískovce. Vrstva vodonosné vrstvy by byla posazena na další vrstvu, která zabrání sestupu vody (z geologického hlediska by se tomu říkalo nepropustné). Vzhledem k tomu, že vodě ve vodonosné vrstvě je zabráněno klesat, jediný směr, kterým může zachycená voda proudit, je horizontální. Nakonec může voda vytékat na povrch, když se zvodně dostanou do zlomu - jako zeď kráteru. Výsledný tok vody by mohl erodovat zeď a vytvořit tak vpusti. Vodonosné vrstvy jsou na Zemi celkem běžné. Dobrým příkladem je „Weeping Rock“ v národním parku Zion v Utahu . Myšlenka, že zvodně tvořily vpusti, však nevysvětluje ty, které se nacházejí na izolovaných vrcholech, jako jsou knoflíky a centrální vrcholy kráterů. Zdá se, že na písečných dunách je přítomen také typ rokle. Vodonosné vrstvy potřebují širokou sběrnou plochu, která se na písečných dunách nebo na izolovaných svazích nevyskytuje. I když se zdálo, že většina původních roklí, které byly vidět, pocházejí ze stejné vrstvy ve svahu, byly nalezeny určité výjimky z tohoto vzoru. Příklady vpustí pocházejících z různých úrovní jsou uvedeny níže na obrázku kráteru Lohse a obrázku vpustí v kráteru Ross.

Sněhové pokrývky

Značnou část povrchu Marsu pokrývá tlustý hladký plášť, který je považován za směs ledu a prachu. Tento plášť bohatý na led, silný několik yardů, vyhlazuje zemi, ale místy má hrbolatou strukturu připomínající povrch basketbalu. Plášť může být jako ledovec a za určitých podmínek by se led, který je smíchán v plášti, mohl roztát a stékat po svazích a vytvářet rokle. Výpočty ukazují, že i za současných podmínek lze každý den po dobu 50 dnů každého marťanského roku vyprodukovat třetinu mm odtoku. Protože je na tomto plášti málo kráterů, je plášť považován za relativně mladý. Skvělý pohled na tento plášť je zobrazen níže na obrázku kráterového okraje Ptolemaea, jak jej vidí HiRISE .

Plášť bohatý na led může být důsledkem klimatických změn. Změny na oběžné dráze a náklonu Marsu způsobují významné změny v distribuci vodního ledu z polárních oblastí až do zeměpisných šířek ekvivalentních Texasu. V určitých klimatických obdobích vodní pára opouští polární led a vstupuje do atmosféry. Voda se v nižších zeměpisných šířkách vrací zpět na zem, když se nánosy mrazu nebo sněhu hojně mísí s prachem. Atmosféra Marsu obsahuje velké množství jemných prachových částic. Vodní pára na částicích zkondenzuje a poté spadne na zem kvůli dodatečné hmotnosti vodního povlaku. Když je Mars na svém největším náklonu nebo šikmosti, lze z letního ledového čepice odstranit až 2 cm ledu a uložit jej ve středních zeměpisných šířkách. Tento pohyb vody by mohl trvat několik tisíc let a vytvořit sněhovou vrstvu silnou až kolem 10 metrů. Když se led v horní části plášťové vrstvy vrátí zpět do atmosféry, zanechá za sebou prach, který izoluje zbývající led.

Když byly porovnány svahy, orientace a převýšení tisíců vpustí, z dat vyplynuly jasné vzorce. Měření nadmořských výšek a svahů vpustí podporuje myšlenku, že sněhové pokrývky nebo ledovce jsou spojeny s vpusti. Strmější svahy mají více stínu, který by zachoval sníh. Vyšší nadmořské výšky mají mnohem méně vpustí, protože led by měl tendenci se více sublimovat v řídkém vzduchu vyšší nadmořské výšky. Například čtyřúhelník Thaumasia je silně kráterovaný s mnoha strmými svahy. Je ve správném rozsahu zeměpisné šířky, ale jeho nadmořská výška je tak vysoká, že není dostatečný tlak na to, aby led sublimoval (přecházel přímo z pevné látky na plyn); proto nemá vpusti. Rozsáhlá studie provedená na základě údajů z Mars Global Surveyor za několik let ukázala, že existuje tendence k tomu, že vpusti jsou na svazích směřujících k pólu; tyto svahy mají více stínu, který by zabránil tání sněhu a umožnil hromadění velkých sněhových balíků.

Obecně se nyní odhaduje, že během období vysoké šikmosti se ledové čepičky roztaví a způsobí vyšší teplotu, tlak a vlhkost. Vlhkost se pak bude hromadit ve formě sněhu ve středních polohách, zejména ve stinnějších oblastech - na svazích obrácených k pólům. V určitém ročním období bude sluneční světlo tát sníh s výslednými vpusti produkujícími vodu.

Nedávno byly poprvé objeveny přímé důkazy pro tyto sněhové pokrývky, které ukazují, že tento plášť je skutečně složen z <~ 1% prachu a ledu Změny pozorované v roklích během několika let na Marsu ukazují, že prachový led, který je dnes vystaven, mizí a potenciálně taje tvoří kanály uvnitř pláště a skály pod ním.

Tání mletého (pórového) ledu

Třetí teorie říká, že klimatické změny mohou stačit na to, aby se led usazený z atmosférických par do země roztavil a vytvořil tak rokle. Během teplejšího podnebí by prvních pár metrů země mohlo roztát a vytvořit „tok trosek“ podobný těm na suchém a chladném východním pobřeží Grónska. Vzhledem k tomu, že se vpusti vyskytují na strmých svazích, je k zahájení toku zapotřebí pouze malé snížení smykové pevnosti částic půdy. Malé množství kapalné vody z roztátého podzemního ledu by mohlo stačit k erozi. Je však pravděpodobné, že led uložený v pórech půdy v zemi bude difundovat zpět do atmosféry, než aby se roztavil. Podobná difúze ledu pórů byla také pozorována in-situ v místě přistání Phoenixu

Nedávné změny v kanálech

Jakmile byly objeveny vpusti, vědci začali představovat mnoho vpustí znovu a znovu a hledali možné změny. Do roku 2006 byly nalezeny některé změny. Později s další analýzou bylo zjištěno, že ke změnám mohlo dojít spíše suchými granulovanými proudy, než aby byly poháněny tekoucí vodou. S pokračujícím pozorováním bylo v kráteru Gasa a dalších nalezeno mnoho dalších změn. Kanály rozšířené o 0,5 až 1 m; metrové balvany přesunuty; a stěhovaly se stovky metrů krychlových materiálu. Bylo vypočítáno, že za stávajících podmínek by mohly být vytvořeny vpusti s pouhou 1 událostí za 50–500 let. Přestože je dnes kapalné vody málo, současné geologické/klimatické procesy mohou stále vytvářet vpusti. Velké množství vody nebo velké změny klimatu nejsou potřeba. Některým vpustím však v minulosti mohly pomoci změny počasí, které zahrnovaly větší množství vody, možná z roztátého sněhu. S více opakovanými pozorováními bylo nalezeno více a více změn; vzhledem k tomu, že ke změnám dochází v zimě a na jaře, mají odborníci tendenci mít podezření, že se vpusti vytvořily z ledu oxidu uhličitého (suchý led). Nedávné studie popisují použití kamery High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) na MRO ke zkoumání vpustí na 356 místech, počínaje rokem 2006. U 38 z těchto lokalit byla aktivní tvorba vpustí. Obrázky před a po ukázaly, že načasování této aktivity se časově shodovalo se sezónním mrazem oxidu uhličitého a teplotami, které by nedovolovaly kapalnou vodu. Když se led ze suchého ledu změní na plyn, může namazat suchý materiál, aby proudil, zejména na strmých svazích. V některých letech mráz, silný až 1 metr, spouští laviny. Tento mráz obsahuje převážně suchý led, ale má také malé množství vodního ledu.

Pozorování s HiRISE ukazují rozsáhlou aktivitu v kanálech jižní polokoule, zejména v těch, které vypadají čerstvé. Byly pozorovány významné řezy kanálů a masivní pohyby ve velkém měřítku. Spojité kanály, o nichž se předpokládalo, že ke svému vzniku potřebují kapalnou vodu, se dokonce objevily během několika let, kdy kapalná voda nemůže existovat. Načasování aktivity vpusti je sezónní a děje se v období, kdy je přítomen sezónní mráz a odtává.

Tato pozorování podporují model, ve kterém je v současné době aktivní tvorba vpustí poháněna zejména sezónním mrazem CO 2 . Simulace popsané na konferenci v roce 2015 ukazují, že vysokotlaké zachycování plynu CO 2 v podpovrchovém povrchu může způsobit toky odpadků. Podmínky, které k tomu mohou vést, se nacházejí v zeměpisných šířkách, kde se vyskytují vpusti. Tento výzkum byl popsán v pozdějším článku s názvem „Tvorba vpustí na Marsu toky úlomků vyvolané sublimací CO2“. V modelu se led CO 2 hromadí v chladné zimě. Hromadí se na zmrzlé permafrostové vrstvě, která se skládá z ledem cementované špíny. Když začne jarní sluneční svit o vyšší intenzitě, světlo pronikne do průsvitné vrstvy suchého ledu a následně zahřeje zemi. Led CO 2 absorbuje teplo a sublimuje - to je změna přímo z pevné látky na plyn. Tento plyn vytváří tlak, protože je zachycen mezi ledem a zmrzlou zemí. Nakonec se tlak vytvoří natolik, že exploduje ledem a vezme s sebou částice půdy. Částice nečistot se mísí s tlakovým plynem a působí jako tekutina, která může proudit po svahu a vyřezávat vpusti.

Hlavním problémem modelu mrazu CO 2 je snaha vysvětlit erozi hornin. Ačkoli existují značné důkazy o přepravě sypkých materiálů mrazem CO 2 , zdá se nepravděpodobné, že by sublimační plyn CO 2 mohl erodovat a zvětrávat horniny za vzniku vpustí. Místo toho může být CO 2 mráz schopen upravit pouze již existující vpusti.

Pomocí dat z kompaktního průzkumného zobrazovacího spektrometru pro Mars (CRISM) a vysokorychlostního zobrazovacího vědeckého experimentu ( HiRISE ) na průzkumném sondě Mars Reconnaissance Orbiter studovali více než 100 marťanských vpustí a nenašli žádný důkaz o tom, že by konkrétní minerály pravděpodobněji souvisely s vpusti, nebo s tvorbou hydratovaných minerálů, které by byly vytvořeny nedávnou kapalnou vodou. Tento výzkum přidává důkazy o tom, že kapalná voda se netýkala tvorby vpustí. Nicméně, jak je popsáno výše, množství kapalné vody, o níž se předpokládá, že je generována v podmínkách blízkých bodu mrazu z tajících sněhových balíků, pravděpodobně v první řadě nezpůsobí chemické zvětrávání.

Někteří vědci se domnívají, že tvorba vpusti může zahrnovat jak suchý led, tak kapalnou vodu.

Jak změna náklonu ovlivňuje klima

Odhaduje se, že před několika miliony let byl sklon osy Marsu 45 stupňů namísto současných 25 stupňů. Jeho náklon, nazývaný také šikmo, se velmi liší, protože jeho dva malé měsíce jej nemohou stabilizovat, stejně jako náš relativně velký měsíc na Zemi. V takových obdobích vysokého náklonu letní sluneční paprsky dopadají přímo na povrchy kráteru střední šířky, takže povrch zůstává suchý.

Všimněte si, že při vysokém náklonu ledové čepičky na pólech zmizí, tloušťka atmosféry a vlhkost v atmosféře stoupají. Tyto podmínky způsobují, že se na povrchu objevuje sníh a mráz. Jakýkoli sníh, který padá v noci a během chladnějších částí dne, však zmizí, když se den oteplí.

Věci jsou docela jiné, když se blíží podzim, protože svahy obrácené k pólu zůstávají celý den ve stínu. Stín způsobuje hromadění sněhu v podzimních a zimních obdobích.

Na jaře v určitém bodě bude půda dostatečně teplá a tlak vzduchu dostatečně vysoký, aby se v určitých denních dobách vytvořila kapalná voda. Může existovat dostatek vody k produkci vpustí erozí. Nebo se voda může vsáknout do země a později se pohybovat dolů jako tok trosek. Vpusti na Zemi vytvořené tímto procesem připomínají marťanské vpusti. Velké změny náklonu Marsu vysvětlují jak silný vztah vpustí k určitým pásmům zeměpisné šířky, tak skutečnost, že drtivá většina vpustí existuje na stinných svazích obrácených k pólu. Modely podporují myšlenku, že změny tlaku/teploty během vysokých šikmých časů stačí k tomu, aby kapalná voda byla stabilní v místech, kde jsou běžné vpusti.

Výzkum publikovaný v lednu 2015 naznačuje, že k těmto sezónním změnám mohlo dojít během posledních dvou milionů let (před 400 000 až dvěma miliony let), což vytvořilo podmínky vhodné pro tvorbu roklí prostřednictvím tání ledu.

Na stejném místě na Marsu jsou ostře vyobrazené nedávné vpusti (modré šipky) a starší degradované vpusti (zlaté). Ty naznačují cyklickou změnu klimatu za poslední dva miliony let

Přidružené vlastnosti vpustí

Některé strmé svahy vykazují kromě vpustí i další funkce. Na základně některých vpustí mohou být zakřivené hřebeny nebo prohlubně. Ty byly pojmenovány „prostorové deprese“. Podél stěn, jako jsou stěny kráterů, se v určitých fázích marťanského klimatického cyklu často hromadí led. Když se klima změní, může se tento led sublimovat do řídké marťanské atmosféry. Sublimace je, když látka přechází přímo z pevného stavu do plynného stavu. Suchý led na Zemi to dělá. Když tedy sublimuje led na úpatí strmé stěny, dojde k prostorové depresi. Také více ledu z výše na zeď bude mít tendenci stékat dolů. Tento tok roztáhne povrchové skalnaté úlomky a vytvoří příčné trhliny. Takové útvary byly označovány jako „terén umyvadla“, protože připomínají starodávná umyvadla. Části vpustí a některé související vlastnosti vpustí jsou uvedeny níže na obrázcích HiRISE.

Obrázky z okolí Marsu

Phaethontis čtyřúhelníkové vpusti

Čtyřúhelník Phaethontis je místem mnoha vpustí, které mohou být způsobeny nedávnou tekoucí vodou. Některé se nacházejí v Gorgonum Chaosu a v mnoha kráterech poblíž velkých kráterů Copernicus a Newton (marťanský kráter) .

Čtyřúhelníkové vpusti Eridania
Čtyřúhelníkové vpusti Argyre
Čtyřúhelníkové vpusti Thaumasia
Čtyřúhelníkové vpusti Mare Acidalium
Čtyřúhelníkové vpusti Arcadia
Čtyřúhelníkové vpusty Diacria
Noachis čtyřúhelníkové vpusti
Čtyřúhelníkové vpusti Casius
Čtyřúhelníkové vpusti Ismenius Lacus
Iapygia čtyřúhelníkové vpusti
Čtyřúhelníkové vpusti Hellas

Vpusti na dunách

Na některých dunách se nacházejí vpusti. Ty se poněkud liší od vpustí na jiných místech, jako jsou stěny kráterů. Zdá se, že vpusti na dunách udržují na dlouhou vzdálenost stejnou šířku a často jen končí zástěrou místo zástěry. Často jsou jen několik metrů napříč se zvednutými břehy po stranách. Mnoho z těchto vpustí se nachází na dunách v Russellu (marťanský kráter) . V zimě se na dunách hromadí suchý led a pak na jaře se objevují tmavé skvrny a z kopce rostou tmavě zbarvené pruhy. Poté, co suchý led zmizí, jsou vidět nové kanály. Tyto vpusti mohou být způsobeny bloky suchého ledu pohybujícími se dolů po strmém svahu nebo snad ze suchého ledu začíná pohyb písku. V řídké atmosféře Marsu bude suchý led energicky vytlačovat oxid uhličitý.

Viz také

Reference

externí odkazy