Hidrologia: Parlar de cicle de l’aigua a Mart pot semblar una exageració, particularment si es tracta de latituds temperades. El cas és que a la província volcànica de Tharsis hom ha detectat la presència de vapor d'aigua i de núvols d’aigua gelada. Adomas Valantinas és el primer autor d'un article a Nature Geoscience en el que es posa de manifest l'existència de dipòsits matinals de gebre dalt dels volcans de Tharsis. Això sembla ratificar l’existència de bescanvis d'aigua entre la regolita local i l'atmosfera. És a les calderes dels volcans Olympus, Arsia, Ascraeus i Ceraunius Tholus que Valantinas et al. han detectat extensos dipòsits de gebre matinal transitori amb l’ús d’imatges de color d’alta resolució obtingudes pel Colour and Stereo Surface Imaging System del ESA Trace Gas Orbiter. Són dipòsits blavosos d’unes hores de durada en el sòl i en la vora de la caldera: es formen a la matinada i es desfan al matí durant l’estació més freda. Així doncs, en les imatges vespertines no hi ha rastre d’aquests dipòsits. Les observacions espectrals indiquen la presència d’aigua en aquests dipòsits. Imatges independents del ESA Mars Express Orbiter corroboren que es tracta d’aigua glaçada. D’acord amb simulacions climàtiques, la temperatura a primera hora del matí a les alçades de les calderes és prou baixa com per fer condensar l’aigua, però no prou com per fer condensar el diòxid de carboni: així doncs el gebre seria essencialment d’aigua. Valantinas et al. pensen que el gebre es forma a partir de vapor d’aigua atmosfèric, i no pas de vapor d’aigua d’origen volcànic, d’acord amb la natura estacional del fenomen.
Valantinas et al. han detectat a partir dels instruments CaSSIS, HRSC i NOMAD la presència de gebre en la caldera del Mont Olimp de Mart. Les condicions de microclima permeten la formació, durant l’hivern, de gebre matinal que es desfà a mesura que avança el matí. S’estableix així un cicle circadià de l’aigua entre la regolita i l’atmosfera.
El bony de Tharsis
L’elevació de Tharsis és una gran província volcànica del tròpic de Mart, per bé que s’estén des d’una latitud de 40°N a 40°S, i des d’una longitud de 220°E a 300°E. Es presenta com una cúpula topogràfica que s’alça vora 5 km respecte del terreny que l’envolta. Com que l’extensió de la regió és de 5000 km, el pendent no és extraordinàriament pronunciat. Tot i amb tot, aquesta elevació és la que explica que hi trobem els cims més alts de tot el Sistema Solar. Olympus Mons s’eleva 21 km respecte del nivell mitjà de la superfície marciana; Arsia Mons, uns 18 km; Pavonis Mons, 14 km; Ceraunius Tholus, uns 9 km.
Al llarg de la història de Mart l’activitat volcànica del planeta s’ha concentrat a la regió de Tharsis. Els indicis més recents d’activitat volcànica són fluxos de lava d’una antiguitat de no pas més de 2,4 milions d’anys. Les dades geofísiques assenyalen que Mart és encara un planeta geodinàmicament actiu, per bé que en l’actualitat no es registra activitat volcànica ni a Tharsis ni enlloc del planeta.
L’alçada considerable dels cims de la regió de Tharsis genera unes condicions climàtiques específiques que es manifesten en la formació de núvols orogràfics d’aigua glaçada i en altres fenòmens atmosfèrics. Hom pensa que aquesta aigua glaçada s’origina en les regions polars i acaba per transformar-se en vapor d’aigua a mesura que s’endinsa en les regions equatorials. Tharsis també queda al mig del camí de les cèl·lules de Hadley que es formen durant els solstici, i a través de les quals hi ha una transferència anual d’un miler de milions de tones de vapor d’aigua entre hemisferis.
La concentració atmosfèrica de vapor d’aigua assoleix uns pics locals damunt dels volcans de la regió de Tharsis, cosa que es podria explicar per l’existència d’un bescanvi actiu de vapor d’aigua entre la regolita de la superfície i l’atmosfera. El vapor d’aigua podria provindre de la desorpció de la regolita o de la sublimació de gebre. També podria ser que l’enriquiment local de vapor d’aigua obeís a patrons de circulació local.
De llarg la major part del glaç d’aigua a Mart es concentra en les regions polars. Component menor d’aquesta criosfera és el gebre estacional que es forma en latituds mitjanes i fins i tot baixes. Així la NASA Viking 2 ja va detectar fa quasi mig segle la presència de gebre d’aigua en la zona on aterra, a una latitud de 48°N. Vehicles orbitals han detectat indicis a gebre d’aigua a una latitud de fins a 32°N en l’hemisferi nord, i a una de 13°S en l’hemisferi sud: val a dir que aquest gebre de latitud baixa només es forma en pendents d’obaga.
Si atenem a la temperatura i a la humitat, hom no esperaria trobar gebre en latituds equatorials. Durant les hores nocturnes, si el refredament radiatiu és prou elevat es podria formar gebre a bona part de la superfície planetària. Així doncs, el ròver NASA Opportunity detectà prop de l’equador quantitats petites de gebre.
L’atmosfera marciana consisteix en un 95% de CO2. Si la temperatura es prou baixa es pot formar gebre de CO2, gebre carbònic. En regions equatorials hi hauria una formació circadiana de gebre carbònic durant la nit. Ara bé, tan bon punt surt el Sol, aquest gebre carbònic no duraria ni uns minuts abans de sublimar-se completament. És significatiu que l’instrument THEMIS no hagi detectat en les imatges a color de primera hora del matí d’arreu del planeta indicis de gebre carbònic a les regions equatorials.
El Trace Gas Orbiter (TGO) de l’Agència Espacial Europea (ESA) consta d’un sistema CaSSIS d’obtenció d’imatges estereogràfiques de color de la superfície de Mart. Valantinas et al. hi troben un fort indici de deposició de gebre matinal als volcans equatorials de la regió de Tharsis.
Observacions de gebre
A primera hora del matí (07:11 hora local) del 25 de novembre del 2022 (longitud solar de 345° de l’any marcià 36), CaSSIS fotografiava amb una resolució espacial de 4,5 metres per píxel la caldera de l’Olympus Mons. Aquesta caldera se situa a una latitud de 18.5° N i a una longitud de 133.5° W. Les imatges indicaven la presència de dipòsits blavosos (amb pic a 500 nm de longitud d’ona) en sectors del sòl i de la vora de la caldera. Hi ha una correlació entre la presència d’aquests dipòsits i la topografia. Així, els dipòsits es concentren en el sòl de la caldera, i són absents en els pendents més ben il·luminats, i tampoc no n’hi ha en el flanc del volcà.
Cinc dies després, el 30 de novembre, una imatge de la càmera estereogràfica d’alta resolució (HRSC) obtinguda a l’hora local de les 07:20, i amb una resolució espacial de 800 metres per píxel, es constatava la presència d’un dipòsit en forma d’halo blavós per tot el sòl de la caldera i per tota la vora. Aquest halo és absent en els flancs del volcà, i es concentra tan sols en el cim de la muntanya.
L’espectròmetre NOMAD avaluà aquests dipòsits trobant-hi un elevat valor d’índex de glaç.
Imatges reiterades de HRSC mostren que els dipòsits de gebre al cim de l’Olympus Mons apareixen únicament a primera hora del matí (de 07:00 a 07:30 hora local). El gebre es forma en la unitat geològica d’halo brillant. Aquesta unitat geològica podria ser pols més brillant que el material circundant per raons de mida de gra o de textura. Hom pot aventurar que és un terreny amb una conductivitat termal més baixa, i una emissivitat termal més alta. Aquest terreny es refredaria més durant la nit, i s’escalfaria més lentament durant el matí.
Imatges de CaSSIS indiquen que el gebre també pot condensar a sotavent de petits cràters, potser perquè allà s’hi acumula pols transportat pel vent. Els materials més porosos (i menys compactes) afavoreixen la nucleació de gebre.
Val a dir que també es forma gebre a la vora nord de la caldera de l’Olympus Mons, ja fora de la unitat d’halo brillant, però ací el gebre és més localitzat.
En total a la base de dades de CaSSIS, Valantinas et al. han detectat tretze exemples de gebre. Hi ha deteccions als volcans més grans de Tharsis: Olympus Mons, Ascraeus Mons i Arsia Mons. També n’hi ha al volcà escut més modest de Ceraunius Tholus.
En un cas, a Arsia Mons (situada a una latitud de 8.7° S i a una longitud de 121.1° W), s’observà a una hora local de 08:00 la presència de gebre durant l’hivern austral (longitud solar de 90°). Durant observacions fetes a la primavera austral tardana, no hi ha una línia de gebre a Arsia Mons que separi els pendents d’obaga i de solana.
L’anàlisi fotomètrica mostra que el gebre s’associa amb un augment de la reflectància de fins al 20%. Altres indicis assenyalen que els dipòsits de gebre són en general molt prims.
Les imatges CaSSIS de Olympus i Arsia indiquen tendències circadianes en la deposició de gebre. Encara que no tant marcades, també podria haver tendències estacionals. Les quatre deteccions a Olympus Mons, com s’ha dit es concentren entre les 07:00 i les 07:30, i ho fan en la primavera boreal (longituds solar de 320 a 40°). Les quatre deteccions a Arsia Mons es concentren entre les 07:00 i les 08:30, i al voltant dels solstici hivernal austral (longituds solar de 45 a 145°). L’absència de gebre matinal a Arsia Mons es concentra en el període d’estiu austral.
Gebre d’aigua
El model de circulació general (GCM) i el model WRF serveixen a Valantinas et al. per calcular quina seria la temperatura de superfície en els punts que CaSSIS detecta gebre. La temperatura a Olympus Mons a 07:00 seria de 150 K, i la temperatura d’Arsia Mons a 08:00 seria de 185 K. Serien temperatures massa altes com per a permetre l’estabilitat del gebre carbònic en altituds tan altes (amb baixa pressió atmosfèrica). La temperatura a Olympus Mons seria 10 K massa alta, i a Arsia Mons ho seria 55 K. El punt de gebre per al CO2 és de 162 K, mentre que el punt de gebre per a l’aigua seria de 180 K.
Imatges obtingudes per l’instrument THEMIS del Emirates Mars InfraRed Spectrometer indiquen que en l’època de l’any de 346,7° de longitud solar per a Olympus Mons i de 93,8° de longitud solar per a Arsia Mons, no hi hauria formació de gebre carbònic. El gebre carbònic que es podria formar a Arsia Mons sublimaria en qüestió de pocs minuts després de l’alba.
Un indici contra la formació de gebre carbònic als volcans de Tharsis és l’absència d’estries en els pendents de la caldera. Ara bé, alhora aquesta absència indica que tampoc el gebre d’aigua té un paper rellevant en l’erosió d’aquest paisatge.
El microclima dalt dels volcans de Tharsis
Les simulacions climàtiques indiquen que la topografia dels volcans de la regió de Tharsis tenen un clima peculiar. A les calderes d’Olympus Mons i d’Arsia Mons hi hauria una reducció substancial de la pressió atmosfèrica superficial. Ala caldera d’Olympus Mons la pressió atmosfèrica seria de 110 Pa, mentre que a la base de la muntanya seria de 160 Pa. A la caldera d’Arsia Mons la pressió atmosfèrica seria de 100 Pa, i a la base de 200 Pa. El règim de vents horitzontals a la caldera d’Olympus Mons seria de 10 m/s, mentre que en els flancs de volcà seria de 30 m/s. A la caldera d’Arsia Mons els vents horitzontals bufarien a tan sols 5 m/s, mentre que als flancs seria de 20 m/s.
El gruix dels dipòsits de gebre en aquestes condicions seria de l’ordre d’1-10 μm. Comptant les calderes d’Olympus, Arsia, Ascraeus i Ceraunius, el bescanvi diari de glaç d’aigua seria de 1,5 × 108 kg.
L’origen del vapor d’aigua
Les tretze observacions de gebre per CaSSIS mostren una tendència estacional. Cal pensar que la font d’aigua són canvis estacionals de gran escala, com ara la sublimació del casquet polar oposat i el transport d’aire humid. El cinyell de núvols d’afeli fa un pic a unes longituds solars de 40°–140°, i hi ha poca activitat de núvols a longituds solars de 245°–320°. El Mars Color Imager del Mars Reconnaissance Orbiter ha detectat núvols orogràfiques de vesprada als volcans de la regió de Tharsis. En la regió de Tharsis l’enriquiment estacional de vapor d’aigua es concentra en l’equinocci de primavera boreal (longitud solar de 0°), i aquest enriquiment podria ser la base del gebre matinal. L’enriquiment de vapor d’aigua seria facilitat per vents de gran escala, complementats amb vents locals que pugen amunt pels pendents.
Hom calcula que la reserva estacional de vapor d’aigua a l’atmosfera és de 1000 milions de tones. Els bescanvis a les calderes de Tharsis abasten unes 150.000 tones diàries, quantitativament anecdòtiques, però localment concentrades.
Un origen alternatiu d’aquest vapor d’aigua podria ser volcànic. Els volcans de Mart són adormits, però hom no pot descartar que facin emissions de CO2, vapor d’aigua i diòxid de sofre. Si els gebre matinal té aquest origen, podria ajudar a entendre el vulcanisme marcià.
Lligams:
- Evidence for transient morning water frost deposits on the Tharsis volcanoes of Mars. A. Valantinas, N. Thomas, A. Pommerol, O. Karatekin, L. Ruiz Lozano, C. B. Senel, O. Temel, E. Hauber, D. Tirsch, V. T. Bickel, G. Munaretto, M. Pajola, F. Oliva, F. Schmidt, I. Thomas, A. S. McEwen, M. Almeida, M. Read, V. G. Rangarajan, M. R. El-Maarry, C. Re, F. G. Carrozzo, E. D’Aversa, F. Daerden, B. Ristic, M. R. Patel, G. Bellucci, J. J. Lopez-Moreno, A. C. Vandaele, G. Cremonese. Nature Geoscience (2024)
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada