Nieuwe watercyclus op Mars ontdekt

[univers]

De planeet heeft veel van zijn vroegere hoeveelheden water verloren en zelfs tegenwoordig blijft waterstof de ruimte in ontsnappen

Ongeveer elke twee Aardejaren, wanneer het zomer is op het zuidelijk halfrond van Mars, gaat een raam open: alleen daar en pas in dit seizoen kan waterdamp efficiënt stijgen van de lagere naar de bovenste atmosfeer. Daar voert de wind het zeldzame gas naar de Noordpool. Terwijl een deel van de waterdamp vergaat en in de ruimte ontsnapt, zakt de rest terug in de buurt van de polen. Onderzoekers van het Moskouse Instituut voor Natuurkunde en Technologie en het Max Planck Instituut voor onderzoek van het zonnestelsel (MPS) in Duitsland beschrijven deze ongewone watercyclus van Mars in een actuele uitgave van de Geophysical Research Letters. Hun computersimulaties laten zien hoe waterdamp de barrière van koude lucht in de middelste atmosfeer van Mars overwint en hogere luchtlagen bereikt. Dit zou kunnen helpen begrijpen waarom Mars - in tegenstelling tot de Aarde - het grootste deel van zijn water heeft verloren.


Miljarden jaren geleden had Mars er zo kunnen uitzien met een oceaan die een deel van het oppervlak bedekte.

Miljarden jaren geleden was Mars een planeet rijk aan water met rivieren en zelfs een oceaan. Sindsdien is onze buurplaneet drastisch veranderd: tegenwoordig zijn er slechts kleine hoeveelheden bevroren water in de grond; in de atmosfeer komt waterdamp alleen in sporen voor. Al met al kan de planeet ten minste 80 procent van zijn oorspronkelijke water hebben verloren. In de bovenste atmosfeer van Mars splitste ultraviolette straling van de zon watermoleculen op in waterstof (H) en hydroxylradicalen (OH). De waterstof ontsnapte van daaruit onherroepelijk de ruimte in. Metingen door ruimtesondes en ruimtetelescopen tonen aan dat zelfs vandaag nog water op deze manier verloren gaat. Maar hoe is dit mogelijk? De middelste atmosfeerlaag van Mars, zoals de tropopauze van de aarde, zou eigenlijk het stijgende gas moeten stoppen. Dit gebied is tenslotte meestal zo koud dat waterdamp zou veranderen in ijs.

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

De baan van Mars speelt hierbij een beslissende rol: het pad rond de zon, dat ongeveer twee aardse jaren duurt, is veel elliptischer dan dat van onze planeet. Op het punt dat het dichtst bij de zon ligt (dat ruwweg samenvalt met de zomer van het zuidelijk halfrond), is Mars 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.

"Wanneer het zomer is op het zuidelijk halfrond, kan op bepaalde momenten van de dag waterdamp 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 voeren luchtstromen het gas langs de lengtes naar de Noordpool, waar het afkoelt en weer zakt. Een deel van de waterdamp ontsnapt echter uit deze cyclus: onder invloed van zonnestraling desintegreren de watermoleculen en ontsnapt waterstof de ruimte in.

Een andere eigenaardigheid van Mars kan deze ongewone hydrologische cyclus versterken: enorme stofstormen die de hele planeet overspannen en herhaaldelijk Mars met tussenpozen van meerdere jaren treffen. De laatste dergelijke stormen vonden plaats in 2018 en 2007 en werden uitvoerig gedocumenteerd door ruimtesondes die in een baan om Mars draaien. "De hoeveelheden stof die tijdens een dergelijke storm door de atmosfeer dwarrelen, vergemakkelijken het transport van waterdamp naar hoge luchtlagen", zegt Alexander Medvedev van MPS.


Verticale verspreiding van waterdamp op Mars in de loop van een Mars-jaar, hier getoond om 3 uur lokale tijd. Alleen als het zomer is op het zuidelijk halfrond, kan waterdamp hogere atmosferische lagen bereiken.
© van GPL, Shaposhnikov et al .: Seizoensgebonden 'Waterpomp' in de atmosfeer van Mars: verticaal transport naar de thermosfeer

De onderzoekers berekenden dat tijdens de stofstorm van 2007 twee keer zoveel waterdamp de bovenste atmosfeer bereikte als tijdens een onstuimige zomer op het zuidelijk halfrond. Omdat de stofdeeltjes zonlicht absorberen en dus opwarmen, stijgen de temperaturen in de hele atmosfeer tot 30 graden. "Ons model toont met ongekende nauwkeurigheid 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, eerste auteur van de nieuwe studie, uit.

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



Keer op keer overspannen Martiaanse stof stroms de hele planeet, zoals hier in juni 2018. Het beeld is afkomstig van de Curiosity van de NASA . Stormen van dit soort kunnen het transport van water naar de bovenste atmosfeer van Mars vergemakkelijken.

https://www.mps.mpg.de/5978149/news_pub ... 288?c=2169