آب و گرد باد در مریخ

آب در مریخ

‌مقدار آبی که از مریخ به صورت گاز خارج می‌شود هنوز هم مسئله بحث‌انگیز است. شواهدی که از ترکیب جوی مریخ به دست می‌آید نشان می‌دهد که تاکنون بین 10 تا 150 متر آب از بین رفته است. در حالی که از شواهد حاصل از عارضه های سیلابی سطح مریخ چنین بر می‌آید که این رقم بسیار بیش از این و در حدود 500 متر است. مقدار آب نزدیک به سطح سیاره از نظر زمین شناسی، زیست شناسی، اقلیم شناسی اهمیت دارد. چنان چه مقدار زیادی آب از مریخ به صورت گاز خارج شده باشد، لازم است که مقادیر فراوانی از گاز‌های جوی دیگر نظیر N2, CO2 نیز احتمالاً دچار چنین سرنوشتی شده باشد که پیامد‌های آن از نظر بررسی آب و هوای گذشته مریخ مهم است.
مقدار میانگین فشار جوی مریخ که عمدتاً ناشی از CO2 است در حدود (600 PA) 6Mbar و میانگین دمای روزانه در سطح آن بین 150 و 220 k است. در نتیجه سطح مریخ تا عمق 1 کیلومتر در استوا و چند کیلومتر در قطب‌های یخ زده است، یعنی فقط مقدار اندکی آب درسطح سیاره برای اندازه‌گیری در دسترس است، اما در عرض‌های جغرافیایی کمتر از 30 درجه، یخ سطحی در داخل این لایه یخ زده یا منطقه همیشه یخبندان ناپایدار است و با آهنگی که به تخلخل سنگ‌های فوقانی بستگی دارد، به آرامی در جو سیاره تصعید می‌شود. در عرض‌های جغرافیایی بیشتر، یخ سطحی از عمق 1 تا قاعده منطقه همیشه یخبندان پایدار است و تنها در قطبین سیاره است که یخ سطحی پایدار می‌شود البته آن به صورت مایع ممکن است در اعماق بیشتر که دما بیش از نقطه انجماد است وجود داشته باشد از این رو اگر آب در نزدیک سطح سیاره به مقدار زیادی موجود باشد، باید بیشتر به صورت یخ در منطقۀ همیشه یخبندان یا به صورت آب‌های زیرزمینی در اعماق پایین‌تر باشد.
نخستین مبنای زمین - شیمایی برای تخمین مقدار آبی که به صورت گاز سیاره را ترک کرده است از سفینه فضایی وایکینگ حاصل شد که ترکیب ایزوتوپی گاز‌های مختلف جوّ مریخ را اندازه‌گیری می‌کرد. مشاهدات وایکینگ نشان داد که جوّ مریخ مقدار زیادی 15N دارد که محصول تجزیه نوری n2 در جوّ فوقانی سیاره است. جوّ کنونی مریخ فقط شامل (15Pa)0/15mbar ا زمولکول N2 است.برای آنکه مقدار زیادی 15N در جو مریخ توضیح داده شود، برآورد می‌شود که جو سیاره در آغاز مشتمل بر 20mbar(2000pa) مولکول N2 بوده است . اگر فرض کنیم که H2O, N2 با هم به صورت گاز خارج شده‌اند (که محتمل به نظر می‌رسد) و اگر فرض کنیم که نسبت N2/H2O در مریخ نظیر زمین بوده است، متوسط مقدار آبی که به صورت گاز از سیاره خارج شده است حدود 120 متر تخمین زده می‌شود، که مقدار نظیر در مورد زمین 3 کیلومتر است.
وایکینگ اندازه‌ گیری‌هایی نیز در مورد مقدار آرگون وترکیب ایزوتوپی آن در جوّ مریخ انجام داد.
فرض شد که همه 36 Ar که به صورت گاز خارج شده، جوّ سیاره را ترک نکرده است زیرا فرار این گاز از جو فوقانی سیاره نا محتمل است و هم واکنش شیمیایی آن با سطح سیاره. هرگاه فرض کنیم که نسبت 36Ar/H2O در گاز‌های فراری که خارج می‌شود همان باشد که در شهاب ‌سنگ‌های‌ سرشار از مواد فرار وجود دارد، آن‌وقت به این نتیجه می‌رسیم که مواد فرار در مریخ خیلی کم بوده و تنها 10 متر آب به صورت گاز از مریخ خارج شده است. بنابراین تا اواخر چند دهه‌ی گذشته بهترین برآورد‌ها حاکی از آن بود که مریخ بین 10 تا 120 متر از آب خود را به صورت گاز خارج کرده است (یعنی 25 تا 300 مرتبه کمتر از زمین) . این برآورد‌های کم تا حدی گیج کننده است زیرا در سطح سیاره شواهد فراوانی از عمل آب و یخ به چشم می‌خورد؛ علاوه بر این مطابق مدل‌های تکوین سیارات مقدار مواد فرار در سیارات با دور شدن از خورشید باید زیاد شود.
از زمان این برآورد‌ها تاکنون کارهای زیادی برای شناخت بهتر سطح سیاره انجام گرفته است. نتیجه‌ای از این کار‌ها حاصل شده است که سطح مریخ بسیار بیش از آنچه تصور می‌شد به وسیله آب و یخ دچار تغییر شده است و در نواحی بالاتر از عرض جغرافیایی 30 درجه قدیم‌ترین عوارض سطحی، ظاهری هموار دارند، به طوری که گویی زمانی جاری بوده‌اند. به علاوه عارضه‌هایی که بقایای جریان شمرده می‌شود، به وسعت ده‌ها کیلومتر از قاعده همه شیب‌های تند گسترده‌اند. ساده ترین توضیح (که با پایداری یخ که قبلاً به آن اشاره شد، سازگار است) این است که در عرض‌های جغرافیایی زیاد، یخ سطحی مقاومت سنگ‌های سطحی را کم می‌کند و موجب جریان یافتن آن‌ها می‌شود.
مقدار یخ موجود که احتمالاً از گنجایش تخلخل این سنگ‌ها فراتر می‌رود، بین 10 تا 20% تخمین زده می‌شود. عارضه‌های مشابه درعرض‌های جغرافیایی کم به ندرت دیده می‌شود؛ شاید به این دلیل که مواد نزدیک سطح سیاره، یخ اولیه خود را از طریق تصعید به داخل جو، از دست داده‌ا‌‌ند از روی این عارضه جریانی، تخمین زده می‌شود که به طور متوسط (در تمام سطح سیاره) بین 50 تا 100 متر آب به صورت یخ در اعماق کمتر از یک کیلومتر وجود دارد.
اما عارضه‌های فرسایش آب، در عرض‌های کم، زیاد است و اساسی برای تخمین مقدار آب در اعماق بیش از یک کیلومتر فراهم می‌آورد. دو نوع مجرای حاصل از فرسایش آب در سیاره مشاهده شده است:
مجراهای سر ریز که ظاهراً از سیل‌های بزرگ به وجود آمده‌اند و مجراهای جریان که نظیر درّه‌های رودخانه‌ای زمینی ظاهراً از فرسایش آرام ناشی شده است . مجراهای سر ریز بی درنگ در مناطقی که خاک آنها فرو ریخته است ایجاد می‌شود و شباهت‌های زیادی با مسیل‌های بزرگ زمینی دارد. بیشتر این مجراها در حوزه آبریز کرایسی است که در آنها سیلاب‌ها موجب فرسایش و جابه جایی km3 106×5 مواد شده‌اند. اگر برای همه آبی که در این مجراها جاری شده است، حداکثر بار رسوبی را منظور کنیم به حجم آبی معادل km3 106×8 می‌رسیم که معادل ارتفاع 50 متر آب روی سطح کل سیاره است. برای این که از این سیل‌ها، کل منبع آب سطحی را ارزیابی کنیم، اول باید ببنیم که آیا مجراهای سرریز معلول تراکم آب در این منطقه بود یا شرایط هیدرولوژیک ویژه‌ای موجب آن شده است. ظاهراً شقّ دوم محتملتر به نظر می‌رسد.
مجراهای جریان ویژگی‌های متعددی دارند حاکی از اینکه بر اثر فرسایش و نفوذ آب‌های زیرزمینی به وجود آمده‌اند و این خود نشان می‌دهد که در بدو پیدایش سیاره، آب زیر زمینی در اعماق نسبتاً کم در همه جای سیاره وجود داشته است. کوچک بودن اندازه این مجراها نشانگر این است که شرایط اقلیمی به هنگام تشکیل آن‌‌ها، گرمتر از زمان حاضر بوده است. با سرد شدن سیاره این آب‌ها زیرزمین در درون و زیر طبقه همیشه یخبندان محبوس شده است.
اگر فرض کنیم حوزه آبریز کرایسی نسبت به آب موجود پدیده‌ای غیر عادی نیست آنگاه با یک برون یابی به تمام سیاره می‌توان به این نتیجه رسید که منبع کل آب‌های زیر زمین مریخ در حدود 500 متر است. هرگاه 50 -100 متری را که در اعماق کمتر از یک کیلومتر قرار دارد به این 500 متر بیفزاییم به حداقل 500-600 متر آب می‌رسیم که به صورت گاز مریخ را ترک کرده است. حالا این رقم را چگونه می‌توان با 10-150 متری که از شیمی جوّ استناج می‌شود وفق داد؟ برآورد مقدار آب بر اساس 36Ar موجود در جو، پیش از دست یابی به قراین زمین شناختی با تردید تلقی می‌شد.
اندازه‌گیر‌ی‌های پایونیر زهره نشان می‌دهد که نسبت 36Ar/N2 در زهره به مراتب بیشتر از زمین است. پس این فرض که نسبت بالا در سراسر منظومه شمسی، و از جمله در مریخ یکی است احتمالا نادرست است.
به علاوه قراینی در دست است که برخورد‌های بزرگ در گذشته می‌توانسته است بخش قابل ملاحظه‌ای ازجو یک سیاره کوچک را از بین ببرد این فرآیند به ویژه در اولین 600 میلیون سال تاریخ سیاره یعنی زمانی که سیاره هنوز دست خوش سنگ باران‌های شدید قرار داشت، می‌توانسته است مؤثر باشد، در طول این دوره ممکن است مریخ Ar و N را بیشتر از H2O از دست داده باشد، زیرا این عناصر بیشتر در جو می‌مانند اما H2O می‌تواند منجمد و با مواد سطحی سیاره ترکیب شود. به این ترتیب ظاهراً هیچ قرینه‌ی قوی زمین – شیمیایی وجود ندارد که خروج 500 متر آب را به صورت گاز از مریخ (چنانکه از شواهد زمین شناختی سیاره بر می‌آید) مورد شک قرار دهد.

گردباد در سیاره سرخ

‌اگر چه فشار جوی در سطح مریخ به زحمت به 5/0 درصد فشار جوی زمین می‌رسد اما هوای آن به طرز شگفت آوری فعال است، فعالیت آن از تولید ابرهای رقیق تا توفان‌های غبار سراسری را شامل می‌شود. اینک دو پژوهشگر از دانشگاه براون به این نتیجه رسیده‌اند که جوّ مریخ می‌تواند به پدیده های شبیه گردباد منجر شد که سطح سیاره سرخ را می‌روبد.
جان گرانت و پیتر شولتز در مجله Science گزارش کرده‌اند که بررسی‌ عکس‌های مریخ (که توسط مارینر 9 و سفینۀ وایکینگ گرفته شد) مناطقی را نشان می‌دهد که در آن‌ها آرایه‌ای از رگه‌های تیره و رشته‌ای دیده می‌شود. این قبیل خطوط در سراسر کره مریخ پخش شده‌اند، اما بیشتر در حول و حوش عرض جغرافیای مشخص در نیمکره جنوبی وجود دارند. قبلاً تصور می‌شد که این عارضه‌ها می‌توانند تپه‌های شن باشند. اما پژوهشگران دانشگاه براون این فکر را نمی‌پذیرفتند زیرا گهگاه دیده می‌شود که این خطوط یکدیگر و نیز دیواره دهانه‌ها را قطع می‌کند. این خصوصیات حاکی از وجود نوعی علت جوی شدید و محلی است، به طوری که این علائم با نزدیک شدن پایین مریخ از بین می‌روند و در آخر تابستان سال بعد با نقشی متفاوت دوباره ظاهر می‌شوند.
در زمین، تنوره دیو و گردباد، گرد و غبار و شن را جمع می‌کنند و ذرات درشت‌تر را در امتداد مسیر خود به جا می‌گدارند. از آنجا که می‌توان همین وضعیت را برای مریخ هم فرض کرد، تجمع چنین موادی در زمینۀ غبار‌های سبک‌تر سطحی تیره به نظر می‌رسد. تنوره دیو (گردباد ماسه‌ای) در مریخ هم دیده شده است، اما گرانت و شولتز معتقدند که این گردباد‌ها باید خیلی بزرگ باشند تا بتوانند عوارض مشاهده شده را به وجود بیاورند. فقط رأس نیرومند یک گردبار شدید می‌تواند این مقدار رسوب را جابه جا کند، از روی موانع بجهد، و ده‌ها کیلومتر سطح سیاره بپیماید.