Γέμισμα ομόκεντρου κρατήρα:Πώς οι κρατήρες του Άρη γεμίζουν με πάγο και γιατί είναι ακόμα εκεί
Πολλοί κρατήρες πρόσκρουσης μεσαίου γεωγραφικού πλάτους στον Άρη είναι γεμάτοι σε μεταβλητούς βαθμούς με έναν συνδυασμό πάγου, σκόνης και βραχωδών συντριμμιών. Χαρακτηριστικά επιφάνειας σε σχήμα δακτυλίου ορατά σε δορυφορικές εικόνες σε αυτούς τους κρατήρες οδήγησαν στην ονοματολογία Concentric Crater Fill ή CCF. Το ομόκεντρο γέμισμα κρατήρα είναι ένα από τα πολλά χαρακτηριστικά παγετώνων που βρίσκονται στον Άρη και προέρχεται από τη ροή πάγου και τη μεταφορά συντριμμιών κατά τη διάρκεια παγετώνων και περιπαγετωδών διεργασιών. Το CCF που παρατηρείται σήμερα ερμηνεύεται ότι είναι τα υπολείμματα επαναλαμβανόμενων περιόδων συσσώρευσης και εξάχνωσης πάγου κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκάδων έως εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών.
Ένα ευρύ φάσμα παρατηρήσεων και μετρήσεων υποδηλώνει ότι τα μεσαία γεωγραφικά πλάτη του Άρη παρουσίασαν σημαντική συσσώρευση πάγου κατά την ύστερη εποχή του Αμαζονίου (τελευταία 100 εκατομμύρια χρόνια μέχρι σήμερα) και απομεινάρια αυτού του πάγου εξακολουθούν να υπάρχουν σε ορισμένους εσωτερικούς κρατήρες σήμερα. Αυτά τα κοιτάσματα αναμένεται να είναι μια προτιμώμενη τοποθεσία για την εξερεύνηση αρχείων του πυρήνα του πάγου σχετικά με τη χημική σύνθεση και την ιστορία του κλίματος από την ύστερη περίοδο του Αμαζονίου στον Άρη, καθώς και έναν μη πολικό υδάτινο πόρο για μελλοντικές αποστολές.
Η κλίση του άξονα περιστροφής του Άρη ποικίλλει κυκλικά σε χρονικές κλίμακες εκατοντάδων χιλιάδων ετών, φτάνοντας πιθανώς σε τιμές μεγαλύτερες από 60 μοίρες και χαμηλότερες από 10 μοίρες, μετατοπίζοντας έτσι τη συσσώρευση πάγου από τις πολικές περιοχές στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη και πίσω. Το CCF φαίνεται να αναπτύσσεται σε πολλούς τέτοιους κύκλους λοξότητας. Ο πάγος συσσωρεύεται στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη κατά τις φάσεις υψηλής λοξότητας και εξαχνώνεται κατά τη διάρκεια επεισοδίων χαμηλής λοξότητας. Πρόσφατη εργασία μοντελοποίησης ροής πάγου δείχνει ότι απαιτείται ένα κυκλικό μοτίβο πολλαπλών επαναλαμβανόμενων στρωμάτων πάγου για να γεμίσει ένας κρατήρας πρόσκρουσης με πάγο, ενώ η ροή από ένα μεμονωμένο επεισόδιο συσσώρευσης πάγου δεν μπορεί να γεμίσει τον κρατήρα σε επαρκή χρόνο. Επιπλέον, το CCF προέρχεται από τη συσσώρευση πάγου στο εσωτερικό των κρατήρων και όχι από εισροή από τοπικά στρώματα πάγου.
Εδώ, χρησιμοποιούμε ένα μοντέλο ροής πάγου πεπερασμένων στοιχείων για να κατανοήσουμε καλύτερα τη διαδικασία πλήρωσης ομόκεντρου κρατήρα και την επακόλουθη ροή πάγου στον Άρη. Το μοντέλο εξαρτάται πλήρως από το χρόνο και παρακολουθεί τις αλλαγές στο υψόμετρο της επιφάνειας του πάγου καθώς ανταποκρίνεται στις κλιματικές επιθέσεις. Σε συνδυασμό με το μοντέλο ροής πάγου είναι ένα μοντέλο μεταφοράς επιφανειακών υπολειμμάτων. Σε αυτό, τα συντρίμμια εναποτίθενται στην επιφάνεια του πάγου κοντά στα τοιχώματα του κρατήρα ή κοντά σε τοπογραφικές κορυφές εντός του κρατήρα όταν η επιφάνεια του πάγου σε έναν κόμβο που γειτνιάζει με το τοίχωμα ή την κορυφή βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια του τοιχώματος. Η εναπόθεση υπολειμμάτων στον πάγο που ρέει σχηματίζει ένα κάλυμμα που μπορεί – αφού γίνει αρκετά πυκνό – να επιβραδύνει ή να σταματήσει την απώλεια πάγου σε περιόδους εξάχνωσης και κατά τη διάρκεια της εποχικής θέρμανσης, διατηρώντας τον πάγο από κάτω.
Εκτός από τα κλιματικά δεδομένα, το μοντέλο παρέχεται με εξιδανικευμένες γεωμετρίες κρατήρων πρόσκρουσης καθώς και τοπογραφία από πραγματικούς κρατήρες στον Άρη. Τα ιδανικά προφίλ κλίνης κρατήρα υπολογίζονται με βάση τις μετρημένες μορφομετρικές ιδιότητες του κρατήρα και τα ρεαλιστικά προφίλ κλίνης παρθένων κρατήρων έχουν ληφθεί από τοπογραφικά δεδομένα MOLA (Mars Orbiter Laser Altimeter).
Εκτός από τη διαδικασία πλήρωσης του κρατήρα, διερευνήσαμε τη σχέση μεταξύ της θέσης του κρατήρα, της διαμέτρου και του επιπέδου πλήρωσης σε μια μελέτη 22 κρατήρων στην περιοχή Utopia Planitia. Η Utopia Planitia είναι μια μεγάλη πεδιάδα στο βόρειο ημισφαίριο που περιέχει πολλά επιφανειακά χαρακτηριστικά που σχετίζονται με εναποθέσεις πάγου.
Ο χρόνος που χρειάζεται για να γεμίσει ένας κρατήρας με πάγο και συντρίμμια εξαρτάται από την ισορροπία μάζας της επιφάνειας και το μέγεθος του κρατήρα. Στη μελέτη μας, κρατήρες με διάμετρο από 5 έως 80 km μπορούσαν να γεμίσουν εντός 1,6–7,6 My. Οι χρόνοι πλήρωσης δεν πρέπει να συγχέονται με την ηλικία του αποτιθέμενου υλικού. Η παρατηρούμενη ροή στα εσωτερικά τοιχώματα του κρατήρα θα μπορούσε να είναι ηλικίας 4,3–4,5 Ma, υποθέτοντας πολύ προστατευτικές κλιματικές συνθήκες, αλλά είναι πιθανότατα παλαιότερη. Σε αυτό το σημείο, δεν είναι δυνατό να προσδιοριστεί η ακριβής μέγιστη ηλικία του CCF. Διαπιστώνουμε ότι είναι δυνατές ηλικίες από 20 Ma ή 40 Ma, δεδομένου των μέτριων κλιματικών συνθηκών. Ωστόσο, αυτό δεν περιορίζει την πιθανότητα πρόσθετων παλαιότερων καταθέσεων που κυμαίνονται πριν από αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια.
Το μοντέλο ροής πάγου αναπαρήγαγε με επιτυχία παρατηρούμενα χαρακτηριστικά μη συμμετρικής ροής πλήρωσης και λοβών. Τα χαρακτηριστικά ροής λοβού μπορούν να ερμηνευθούν ως γέμισμα κρατήρα που είναι πολύ νεαρό και ποτέ δεν ξεπέρασε το στάδιο της ροής του λοβού. Η ασύμμετρη ροή πάγου στους κρατήρες μπορεί να εξηγηθεί με ένα μη ομοιόμορφο προφίλ ισορροπίας μάζας επιφάνειας κατά μήκος του κρατήρα, για παράδειγμα, υψηλότερους ρυθμούς εξάχνωσης στην πλευρά που βλέπει προς τον ισημερινό.
Η διαδικασία πλήρωσης, γενικά, δεν εξαρτάται ιδιαίτερα από το μέγεθος του κρατήρα. Η περιφερειακή μελέτη των κρατήρων στην Utopia Planitia δείχνει ότι οι μεγαλύτεροι κρατήρες με διάμετρο> 15 km τείνουν να γεμίζουν λιγότερο, ενώ οι μικρότεροι κρατήρες αντιπροσωπεύουν όλα τα επίπεδα πλήρωσης. Αυτό μπορεί να οφείλεται σε διαφορές στο προστατευτικό στρώμα επιφανειακών υπολειμμάτων, σε διακυμάνσεις στον καθαρό ρυθμό συσσώρευσης με υψόμετρο ή σε άλλες κλιματικές διακυμάνσεις που δεν υπάρχουν επί του παρόντος.
Συνοπτικά, η εργασία μοντελοποίησης δείχνει ότι τα πρώιμα στάδια του CCF εμφανίζονται ως ροή λοβού στα απότομα τοιχώματα του κρατήρα και ότι πρέπει να σχηματιστεί ένα στρώμα θραυσμάτων στην κορυφή του πάγου για να διατηρηθεί το CCF μέχρι σήμερα. Χωρικά μη ομοιόμορφοι ρυθμοί εξάχνωσης κατά μήκος του κρατήρα οδηγούν σε ασύμμετρη πλήρωση κρατήρα. Είναι πιθανό το CCF να είναι μικρότερο από 40 Ma σε ορισμένους κρατήρες, το οποίο σε χρονικές κλίμακες του Άρη μπορεί να θεωρηθεί αρκετά πρόσφατο.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Modeling concentric crater fill in Utopia Planitia, Mars, with a ice flow line model, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Icarus. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους N. Weitz, M. Zanetti και G.R. Ο Osinski από το University of Western Ontario και J.L. Fastook από το University of Maine.
