 |
| Динамичная Вселенная | Думы о Марсе | Пульсирующая Земля | Ритмы и катастрофы... | Происхождение человека | История | Экспедиции |
| На главную страницу | Поэтическая тетрадь | Новости и комментарии | Об авторе | Контакты |
КАРТА САЙТА Факторы рельефообразования на Марсе
А.В. Галанин © 2013
© Галанин А.В. Факторы рельефообразования на Марсе // Вселенная живая [Электронный ресурс] – Владивосток, 2013. Адрес доступа: http://ukhtoma.ru/mars13.htm
Марсианские пыльные бури || Марсианские дюны и шарики || Марсианская нефть || Кратеры и марсианские ледники-наледи в них || Полярные ледники || Большой каньон на Марсе || Камни на Марсе
5. Полярные ледники
Давно известно, что на Марсе есть полярные шапки, размер которых сильно изменяется в зависимости от сезона года. Зимой полярные шапки занимают площадь около трети зимнего полушария планеты, а летом они сокращаются в несколько раз. Эти шапки смогли разглядеть в телескопы еще в XIX веке. Вначале считали, что они состоят из водяного льда, но в середине ХХ века стало понятно, что в составе полярных шапок очень много сухого углекислого льда и снега. Сразу уточню: чистая вода замерзает при 0°С, водяной лед имеет плотность около 700 кг/м3. Углекислый газ замерзает при –78,33°С, не переходя в состояние жидкости, он сразу переходит в твердое кристаллическое состояние. Плотность углекислого льда – 1561,8 кг/м3, а плотность газообразного углекислого газа – 1,97 кг/м3. При таянии 1 м3 углекислого льда выделяется более 792 м3 газообразного углекислого газа.
Углекислый газ легко пропускает ультрафиолетовые лучи и лучи видимой части спектра, которые поступают от Солнца и обогревают поверхность. В то же время он поглощает испускаемые нагретой поверхностью инфракрасные лучи и является так называемым парниковым газом. Увеличение плотности атмосферы Марса, содержащей 95% углекислого газа, резко увеличивает ее разогрев за счет парникового эффекта. Углекислый газ при сильном охлаждении кристаллизуется в белую снегообразную массу – «сухой лед». На Марсе он не плавится, а испаряется при температуре –78°С. Он плохо растворим в воде, при растворении в воде образует угольную кислоту. Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов.
Обычная вода при охлаждении сначала увеличивает плотность и уменьшает свой объем, но когда ее температура достигает +4°C, вода, вопреки общим представлениям о сжатии вещества при охлаждении, вдруг уменьшает плотность – становится легче, а замерзая, она делается еще легче и превращается в лед, который легче жидкой воды и плавает в ней. Замерзая, вода расширяется на 9% по отношению к прежнему объему. Поэтому вода, замерзая в трубах, разрывает их, а вода, которая содержится в грунте, при замерзании вспучивает этот грунт.
Лед – плохой проводник тепла, поэтому слой льда на водоеме надежно охраняет воду под ним от страшных морозов. Чем глубже водоем, тем больше тепла он содержит, тем медленнее он замерзает зимой. На мелких участках озера лед образуется раньше и впоследствии он толще, чем на глубоких. Зимой на дне температура воды выше, чем непосредственно под льдом, поэтому в водоеме происходит вертикальная циркуляция воды, когда теплая придонная вода поднимается вверх, нагревает нижнюю сторону льда, затем опускается вниз, нагревается и так за зиму циркулирует много раз. При определенной толщине льда и определенной отрицательной температуре устанавливается равновесие, при котором слой льда перестает утолщаться. Весной, когда температура воздуха еще отрицательная, лед начинает таять, но тает он не сверху, а снизу.
Соленая вода при охлаждении ведет себя иначе, чем пресная: наибольшая плотность у нее отмечается при более низких температурах, чем у пресной, а именно, при –3,5°C, а замерзает морская вода при –1,9°C.
Если оказать на лёд высокое давление, то температура его плавления понижается. Так, под давлением в 2045 атм лёд будет плавиться уже при температуре –22°C. Но дальнейшее повышение давления уже не снижает температуры плавления, так как при большем давлении образуются новые тугоплавкие формы льда с новыми свойствами. Способностью льда таять при более низкой температуре под большим давлением объясняется то, что мощные ледники вглубине начинают таять раньше, чем на поверхности.
Зимой температура воздуха над полюсами Марса опускается ниже 100°C. При такой температуре углекислая атмосфера начинает выпадать в виде сухого снега на поверхность. Полярная шапка разрастается и в толщину и по площади. Над полярными районами резко падает давление, и от экватора сюда устремляются новые массы углекислого газа. Ветер поднимает тонны пыли и песка и гонит их в торону полюса. Начинаются пыльные бури.
Весной, когда температура над полярной шапкой поднимается до –87°C, начинается возгонка углекислого снега и углекислого льда. При этом резко растет давление атмосферы, ветер начинает дуть в сторону экватора и в это время начинается пыльная буря в другую сторону. Пыль и песок, теперь подхваченные потоками углекислого газа, движутся к экватору. Фото с сайта: http://solareclipse.org.ru/cos…
Сезонные изменения северной полярной шапки на Марсе. Фото с сайта: http://www.astrobio.net/exclus…
Вначале с полярной шапки возгоняется углекислый снег и углекислый лед (октябрь 1996 г.), затем приходит очередь таять и возгоняться ледяному льду (январь 1997 г.), а к марту 1997 г. почти весь углекислый лед с полярной шапки уже испарился, и вокруг нее образовалось темное кольцо. Скорее всего, это кольцо потемнения – грунт, пропитавшейся жидкой водой. Ежегодно на полюсах Марса оседает около четверти всей марсианской атмосферы. Толщина льда зависит от количества поглощаемой поверхностью и атмосферой солнечной энергии, а также от воздействия потоков теплого воздуха.
Полярный ледник на Марсе. Фото с сайта: http://big.newsru.com/arch/wor...
На фото слева мы видим марсианский полярный ледник в пору его весенней деградации. Так он выглядит, если смотреть из космоса с дальней околомарсианской орбиты.
Сейчас здесь весна. Белый углекислый лед с поверхности интенсивно испаряется, и становятся видны громадные ступени ледника, состоящего в основном из водяного льда.
От возгонки углекислого газа давление атмосферы над полюсом увеличилось, благодаря парниковому эффекту температура на поверхности у подножья полярного ледника превысила 0°C, и начал таять водяной лед, отчего поверхность потемнела.
Рыхлый песок впитывает воду и слегка смачивает ее. Грунт темнеет. Вряд ли там текут ручьи и образуются озера. Хотя ... Временные мелкие водотоки вокруг полярного ледника могут образовываться днем, а ночью они замерзают, и если не промерзают до дна, то с поверхности покрываются ледяной коркой, под которой сохраняется жидкая вода.
Диаметр ледяной полярной шапки равен 1200 км, максимальная толщина – 3 км, а глубина каньонов и впадин – до 1 км. Шапка состоит преимущественно из водяного льда. Дело в том, что когда стаивает весь углекислый лед, давление атмосферы над полярной шапкой снижается, температура падает, и водяной лед перестает таять. На полюсе Марса тепло до тех пор, пока идет возгонка углекислоты.
Северную полярную шапку Марса образуют многокилометровые толщи водяного льда и пыли. В отличие от южной шапки, примесей углекислого льда здесь практически нет. Из-за низких температур интенсивного таяния льда ожидать не приходится, но водяной лёд сублимирует (испаряется, минуя жидкую фазу). Воды в северной полярной шапке Марса сосредоточено много, но всё же намного меньше, чем в погребенных льдах в толще криолитозоны. Инфракрасное картирование поверхности Марса показало, что в летний период температура северной полярной шапки не опускается ниже –70°С. Это исключает возможность устойчивого существования (в этот период года) на шапках льда из CO2.
Северная полярная шапка Марса. На этом чернобелом фото хорошо видна спиральная структура северного полярного ледника. Замечу, что такую спиральную структуру имеет именно водяной ледник. Когда он покрывается углекислым снегом и льдом, то ступени и спирали не видны. Фото с сайта: http://raumfahrer.net
Марсианский полярный ледник – это очень интересное образование с очень сложной структурой поверхности. Голубое – это наверняка водяной лед, а более светлое – лед углекислый. Неровная поверхность того и другого льда говорит о том, что пока идет сухая возгонка. Еще не весь углекислый лед испарился.
На поверхности полярной шапки (полярного ледника) при таянии и сухой возгонке возникают интересные структуры поверхности, природа которых не вполне понятна.
Поверхность ледников на Земле имеет другую структуру. Во-первых, здесь нет спиралевидно закрученных вокруг полюса террас и длинных глубоких разломов. На Земле ледники состоят только из водяного льда, т.к. температура на Земле даже в Антарктиде не опускается до точки замерзания углекислого газа, а если бы и опускалась, то этого газа в атмосфере Земли ничтожно мало. Во-вторых, сила тяжести на Земле такая, что ледники растекаются под собственной тяжестью даже там, где нет уклона, а в горах они вообще текут ледяными реками.
На Марсе силя тяжести в несколько раз меньше земной и ледники там практически не текут, но зато они там легко сублимируют – испаряются даже при низких температурах. Во-первых, давление атмосферы очень низкое, а во-вторых, на поверхность приходит много ульрафиолетового излучения. Ультрафиолетовые лучи коротковолновые, они несут много энергии, и эта энергия поглощается льдом и активизирует молекулы воды на его поверхности – буквально выбивает их с поверхности ледника.
Форма льда в ледниках Марса тоже может оказаться иная, чем в ледниках Земли. Дело в том, что существует несколько форм (типов) кристаллизации воды в зависимости от температуры и давления. Некоторые исследователи говорят о том, что при температурах –90, –140 и –180°С в структуре льда возможны фазовые переходы. К сожалению, эта проблема изучена недостаточно, а о свойствах разных типов водяного льда мало что известно.
В сезон 2001 г.при повторном фотографировании отдельных участков полярной шапки, отснятых в 1999 г., выяснилось, что за год стены ям и края обрывов отступили в среднем на 3 метра, а местами и до 8 м.
Так выглядит ледник Антарктиды из Космоса. Фото с сайта: http://tehnavigator.ru/rabdoc.…
Сухая возгонка льда с полярного ледника. Фото с сайта: http://drweb.typepad.com/dwdom…
На этой полярной шапке Марса весна, происходит возгонка сухого углекислого льда, и при этом образуются причудливые структуры. Отчетливо просматриваются ступени, которые, по всей вероятности, соответствуют разным климатическим эпохам.
На нижних террасах ледника просматриваются следы ветра – линейные дюны. Обратите внимание на то, что на верхних террасах таких дюн нет. Следовательно, сильный ветер дует не в верху, а внизу.
Северная остаточная шапка Марса в настоящее время гораздо крупнее (около 1000 км в поперечнике) своего южного аналога (около 300 км), поскольку южное полушарие в летний период находится в перигелии, то есть заметно ближе к Солнцу. Также этому могло способствовать более низкое положение поверхности северного полушария. Здесь расположены обширные низменности, в которых в течение миллионов лет могли накапливаться мощные толщи тонкозернистого материала, сносимого с материковых возвышенностей южного полушария. Такие осадочные отложения в условиях сурового климата Марса и могли стать наиболее крупным потенциальным резервуаром для накопления льда.
Полярные шапки Марса состоят из двух слоев. Нижний, основной слой, с толщиной, оцениваемой в сотни метров, образован обычным водяным льдом, смешанным с пылью, который сохраняется и в летний период. Это постоянные шапки. Наблюдаемые сезонные изменения полярных шапок происходят за счёт верхнего слоя толщиной менее 1 метра, состоящего из твердой углекислоты, так называемого «сухого льда». Покрываемая этим слоем площадь быстро растет в зимний период, достигая параллели 50°, а иногда и переходя этот рубеж. Весной с повышением температуры этот слой испаряется и остается лишь постоянная шапка.
Слои вскрываются по мере испарения льда с поверхности марсианского ледника. Фото с сайта: http://drweb.typepad.com/dwdom…
Очень эффектный снимок ступенчатой поверхности. Ступени вскрывают слои марсианского ледника – этапы его формирования. Многие исследователи видят в этих ступенчатых структурах прошлое Марса, покрытого миллионы лет назад морями и океанами, в которых якобы откладывалис слоями осадки. А сейчас эти горы разрушает ветер и он отпрепарировал слои марсианских песчаников.
Я думаю, что моря и океаны здесь ни при чем. Это обычная поверхность марсианского ледника, с которой интенсивно испаряется сухой лед. Это ступени в водяном льду. Осенью на ступени падает углекислый снег, и ступени становятся не видны. Но в момент выпадения сухого снега на поверхность ледника здесь дует сильный ветер, несущий пыль и песок, и который, возможно, и "нарезает" эти террасы.
Южная полярная шапка Марса. Здесь спиральная ступенчатая структура выражена очень плохо, хотя видно, что и здесь под слоем углекислого снега и углекислого льда лежит водяной лед. Наверняка это связано с асимметрией климата в северном и южном полушариях. Здесь углекислый лед играет большую роль, чем лед водяной. Вид с орбиты. Фото с сайта: http://spaceflightnow.com
Группе учёных под руководством Марии Зубер удалось определить состав южной полярной шапки, они вычислили толщину и массу южного ледяного щита и определили его среднюю плотность, которая оказалась равна 1220 кг/м3. Известно, что плотность водяного льда составляет около 900 кг/м3, а сухого льда – 1600 кг/м3. Сухой лед присутствует лишь на поверхности шапки, и в целом его массовая доля незначительна.
Области южной полярной шапки отражают значительно меньше света, чем должна отражать покрытая льдом поверхность. Однако выяснилось, что в затемнённых областях шапка также состоит из льда, просто сверху его покрывает слой темной пыли, но по какой причине пыль покрывает лишь некоторые участки шапки – неясно. В отличие от южной, северную полярную шапку не затемняют пылевые пятна, зато она упирается в поля дюн, которые также могут содержать в себе значительное количество водяного льда.
Результаты последних исследований говорят, что вдобавок к сезонным изменениям южная полярная шапка Марса в течение последних нескольких лет сократилась в размерах, что является свидетельством изменения марсианского климата. При измеренной скорости уменьшения полярной шапки рост содержания углекислого газа в атмосфере может заметно увеличить атмосферное давление Марса.
Край южной полярной шапки Марса. Зимой здесь выпадает углекислого газа в осадок больше, т.к. зима длиннее и холоднее, чем зима над северной полярной шапкой. Но лето здесь более жаркое, поэтому возгонка углекислого газа бывает более бурная. Парниковый разогрев атмосферы над южной полярной шапкой в это время более интенсивный. По всей вероятности, атмосфера в начале лета здесь нагревается так, что стаивает большая часть и водяного льда, отчего южная полярная шапка тоньше северной.. Фото с сайта: http://photojournal.jpl.n…
На снимке слева, полученном 30 октября 2001 г. космическим кораблем Odyssey, показано инфракрасное изображение южного полушария Марса, охватывающее полярную шапку, имеющую диаметр 900 км и состоящую из углекислого льда с температурой поверхности –120°С. Слева от шапки дневная поверхность с температурой около 0°С и выше. Фотография охватывает область протяженностью более 6500 км. Схема с сайта: http://citadel.pioner-samara.ru/distance/mars_ody.html
К сожалению, о полярных ледниках на Марсе пока очень мало информации. Но если искать жидкую воду на поверхности, то скорее ее можно найти вокруг южного ледника и только в начале лета. На северном полюсе ледяная шапка скошена в направлении Ацидалийской равнины. Южная полярная шапка также несимметрична – скорость накопления замерзшего CO2 выше в области, получившей название остаточной полярной шапки. Этот район несколько смещен по отношению к полюсу. Возможно, асимметрия полярных шапок как-то связана с раскачиванием оси Марса – с так называемой прецессией.
Использованы источники информации
Все о планете Марс. Адрес доступа: http://x-mars.narod.ru/planet_shapka.htm
Гексагональный лед. Адрес доступа: http://apocalypse.aires.spb.ru/eto-vazhno/1870-geksagonalnyj-led.html
Глобальная пыльная буря на Марсе. Адрес доступа: http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1171402
Curiosity зарегистрировал резкие изменения в атмосфере Красной планеты. Адрес доступа: http://kp.ua/daily/221112/367477/
Ксантомалити Леонид. Горные потоки и бассейны на Марсе // Наука и жизнь. №9, 2009. Адрес доступа: http://www.nkj.ru/archive/articles/16384/
Марс – планета невероятных пыльных бурь. Адрес доступа: http://lllolll.ru/mars-dust
Марс – красная звезда. Адрес доступа: http://galspace.spb.ru/index287.html
На Марсе зафиксирована гигантская пылевая буря. Адрес доступа: http://www.profi-forex.org/nauka/entry1008144554.html
Необычные шары на Марсе. Адрес доступа: http://www.astronet.ru/db/msg/1270347
Оксид углерода(IV).Адрес доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/
Пыльная буря. Адрес доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/
Пыльная буря на Марсе. Адрес доступа: http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1166966
Таинственные шары – признаки жизни на Марсе? Адрес доступа: http://2012over.ru/tainstvennie-shari-mdash-priznaki-zhizni-na-marse.html
Тайна марсианских шариков раскрыта. Адрес доступа: http://www.pravda.ru/science/planet/space/19-09-2012/1128448-opportunity-0/
Физические свойства воды. Адрес доступа: http://all-about-water.ru/water-density.php
Южная полярная шапка (Марс). Адрес доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/
Global Surveyor reveals exotic Martian landscape.// NASA/JPL/MSSS NEWS RELEASE Posted: April 11, 2000. Адрес доступа: http://www.spaceflightnow.com/news/n0004/11martiansouthpole/
Другие наши странички для интересующихся Марсом:
