Полигональная, узорчатая земля довольно распространена в некоторых регионах Марса. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Обычно считается, что это вызвано сублимацией льда из земли. Сублимация - это прямое изменение твердого льда в газ. Это похоже на то, что происходит с сухим льдом на Земле. Места на Марсе, которые демонстрируют полигональную землю, могут указывать, где будущие колонисты могут найти водяной лед. Низкоцентральные полигоны были предложены в качестве маркера для грунтового льда. [8] Полигональная местность также встречается в вечной мерзлоте Земли .
Узорчатые формы земли в слое мантии, называемом широтно-зависимой мантией , которая упала с неба, когда климат был другим. [9] [10] [11] [12]
На Марсе исследователи обнаружили узорчатую землю, которая образовалась из трещин, и узорчатую землю, образованную расположением валунов. Пока не ясно, что заставило валуны образовать узоры, но не похоже, что трещины заставили валуны двигаться. [13]
Поверхность, показывающая вид с покрытием мантией и без него, как видно HiRISE, в программе HiWish . Местоположение — Terra Sirenum в четырехугольнике Фаэтонтиса.
Крупный план мантии, полученный с помощью HiRISE в рамках программы HiWish. Мантия может состоять из льда и пыли, выпавших с неба в прошлых климатических условиях. Местоположение — четырехугольник Цебрении .
Физика
В отличие от грязевых трещин, в которых преобладают Т-образные соединения, полигональная местность преобладает Y-образные соединения. Она формируется путем многократного отжига рисунка трещин, поскольку одна и та же почва частично плавится каждое лето, затем замерзает каждую зиму, пока тысячи лет спустя она не осядет в термодинамически благоприятном состоянии, в котором преобладают Y-образные соединения. Это похоже на столбчатую трещиноватость . [14]
Многоугольники в четырехугольнике Mare Australe
Широкий вид кратера, содержащего полигоны с инеем в нижних частях, полученный с помощью HiRISE в рамках программы HiWish
Более детальное изображение полигонов с инеем в низких частях, полученное с помощью HiRISE в рамках программы HiWish
Еще более крупный вид полигонов, как их видит HiRISE в рамках программы HiWish
Крупный план полигонов с инеем в нижних частях, полученный с помощью HiRISE в программе HiWish. Также видны круговые формы.
Высокоцентральные полигоны, показанные стрелками, как видно HiRISE в программе HiWish. Местоположение — четырехугольник Касиуса . Изображение увеличено с помощью HiView.
Рельеф местности, помеченный как полигонами с низким центром, так и полигонами с высоким центром, как видно HiRISE в программе HiWish Местоположение — четырехугольник Касиуса . Изображение увеличено с помощью HiView.
Низкоцентральные полигоны, как видно HiRISE в программе HiWish Местоположение — четырехугольник Касиуса . Изображение увеличено с помощью HiView.
Высоко- и низкоцентральные полигоны, как видно HiRISE в программе HiWish Местоположение — четырехугольник Касиуса . Изображение увеличено с помощью HiView.
Высоко- и низкоцентрированные полигоны в области неровной местности, как видно с HiRISE в программе HiWish
Низкоцентрированные полигоны в области неровной местности, как видно с HiRISE в программе HiWish
Узорчатая земля в Элладе, как ее видит HiRISE в программе HiWish. Прямоугольник показывает размер футбольного поля.
Крупный план языка ледника, полученный с помощью HiRISE в программе HiWish. Видны полигоны с высоким центром. В рамке показан размер футбольного поля.
Крупный план высокоцентральных полигонов около ледника, полученный с помощью HiRISE в рамках программы HiWish
Крупный план высокоцентральных полигонов около ледника, полученный с помощью HiRISE в программе HiWish. На схеме показан размер футбольного поля.
Крупный план высокоцентральных полигонов около ледника, полученный с помощью HiRISE в рамках программы HiWish
Размеры и формирование полигональной поверхности
Трещиноватая полигональная земля обычно делится на два вида: с высоким центром и с низким центром. Середина полигона с высоким центром имеет ширину 10 метров, а его впадины — 2–3 метра. Полигоны с низким центром имеют ширину 5–10 метров, а граничные хребты — 3–4 метра. [15] [16] [17]
Рисунок с видом сбоку, показывающий размеры полигонов с высоким и низким центром
Высокоцентровые полигоны выше в центре и ниже вдоль границ. Образуется из-за повышенной сублимации вокруг трещин на поверхности. Трещины обычны на поверхностях, богатых льдом. [18] [19] [20] [21] [22] [5] [23]
Трещины обеспечивают место увеличенной площади поверхности для сублимации. Со временем узкие трещины расширяются, превращаясь в желоба.
Рисунок, показывающий образование полигонов с высоким центром. Богатая льдом мантия образует отстающее месторождение. Напряжения создают трещины. Повышенная сублимация вдоль трещин вызывает впадины.
Считается, что полигоны с низким центром развиваются из полигонов с высоким центром. Впадины по краям полигонов с высоким центром могут заполняться осадком. Этот толстый осадок будет замедлять сублимацию, поэтому больше сублимации будет происходить в центре, который защищен более тонким отложением лага. Со временем середина станет ниже внешних частей. Осадки из впадин превратятся в хребты. [15]
Диаграмма, показывающая, как развиваются полигоны с низким центром. Впадины полигонов с высоким центром заполняются осадком; следовательно, там сублимации гораздо меньше, а в центре больше.
Высокоцентральные полигоны, как видно с помощью HiRISE в программе HiWish. Изображение верхней части ореола обломков в Deuteronilus Mensae .
Крупный план поля полигонов с высоким центром и масштабом, как это видно на HiRISE в программе HiWish. Примечание: черный ящик имеет размер футбольного поля.
Крупный план полигонов с высоким центром, полученных с помощью HiRISE в программе HiWish. Примечание: черный ящик имеет размер футбольного поля.
Крупный план полигонов с высоким центром, полученных с помощью HiRISE в программе HiWish. На этом изображении хорошо видны впадины между полигонами.
полигоны с высоким центром, видимые HiRISE в рамках программы HiWish
Широкий вид полигонов с высоким центром, как это видно на HiRISE в программе HiWish
Увеличенный вид полигонов с высоким центром, полученных с помощью HiRISE в программе HiWish. Центры полигонов помечены.
Большие полигоны, как их видит HiRISE в программе HiWish
Обломочный узорчатый грунт
Многие области узорчатой почвы были образованы валунами. По пока неизвестным причинам валуны часто располагаются в различных формах, включая многоугольники. Исследование вокруг кратера Ломоносова показало, что они не были вызваны сетями трещин. [13] Обломочная узорчатая почва была обнаружена на всех Северных равнинах. [24] [25] [26] [27] Другим местом была равнина Элизиум . [28] Исследователи также обнаружили эту местность в бассейне Аргир ( четырехугольник Аргир ). [29] [30]
Мантия, зависящая от широты
Большая часть поверхности Марса покрыта толстым слоем мантии, богатой льдом, который падал с неба несколько раз в прошлом. Он падал в виде снега и покрытой льдом пыли. Этот слой мантии называется « зависимой от широты мантией », потому что его возникновение связано с широтой. Именно эта мантия трескается и затем образует полигональную землю.
Мантийный слой существует очень долго, прежде чем весь лед исчезнет, потому что наверху образуется защитный слой отложений. [31] Мантия содержит лед и пыль. После того, как определенное количество льда исчезает в результате сублимации, пыль остается наверху, образуя слой отложений. [32] [33] [34]
Мантия образуется, когда марсианский климат отличается от современного. Наклон или наклон оси планеты сильно меняются. [35] [36] [37] Наклон Земли меняется мало, потому что наша довольно большая луна стабилизирует Землю. У Марса есть только две очень маленькие луны, которые не обладают достаточной гравитацией, чтобы стабилизировать его наклон. Когда наклон Марса превышает примерно 40 градусов (по сравнению с сегодняшними 25 градусами), лед откладывается в определенных полосах, где сегодня много мантии. [38] [39]
Другие особенности поверхности
Другой тип поверхности называется « мозговой ландшафт », поскольку он выглядит как поверхность человеческого мозга. Мозговой ландшафт находится под полигональной землей, когда оба они видны в регионе. [15]
Контекстное изображение, показывающее происхождение следующего изображения. Местоположение — область линейчатой долины . Изображение с HiRISE в программе HiWish.
Открытые и закрытые клеточные ландшафты мозга, наблюдаемые с помощью HiRISE в рамках программы HiWish.
Мозговой ландшафт формируется из более толстого слоя, как видно HiRISE в программе HiWish. Стрелки показывают, как более толстый блок распадается на мелкие клетки.
Поскольку верхний слой полигонов довольно гладкий, хотя лежащий под ним мозговой рельеф неровный, считается, что слой мантии, содержащий полигоны, имеет толщину 10–20 метров. [40]
«Баскетбольная местность» — еще одно выражение поверхности Марса. На определенных расстояниях она выглядит как поверхность баскетбольного мяча. На фотографиях крупным планом видно, что она состоит из груд камней. [41] [42] [43] [44] Было выдвинуто много идей, чтобы объяснить, как образуются эти груды камней. [45] [46]
Многие крутые поверхности в широтных полосах около 40 градусов северной и южной широты содержат овраги. Некоторые из оврагов имеют форму многоугольников. Их называют «оврагами». [40]
Крупный план оврага, показывающий множественные каналы и узорчатую землю, как видно HiRISE в рамках программы HiWish. Местоположение — четырехугольник Фаэтонтиса .
Крупный план оврагов в кратере с предыдущего снимка. Изображение получено HiRISE в рамках программы HiWish. Местоположение — четырехугольник Mare Acidalium .
Крупный план ниши оврага, на котором видны «овраги» (полигональная структура земли возле оврагов), как это видно с помощью HiRISE в программе HiWish. Обратите внимание, что это увеличенное изображение предыдущего изображения.
Крупный план ниши оврага, на котором видны «овраги» (полигональная структура земли возле оврагов), как это видно с помощью HiRISE в программе HiWish. Обратите внимание, что это увеличенное изображение предыдущего изображения.
Полигоны вокруг оврагов в кратере, полученные с помощью HiRISE в программе HiWish. Местоположение — четырехугольник Эллады .
Сложный полигональный рисунок земли
Широкий вид полигонов, как видно HiRISE в программе HiWish Части этого изображения увеличены на следующих изображениях. Местоположение — четырехугольник Ноя
Полигоны, как их видит HiRISE в рамках программы HiWish
Увеличенный вид полигонов, полученных с помощью HiRISE в программе HiWish. Стрелка указывает на валуны, находящиеся внутри небольших кратеров.
Крупный план полигонов, как их видит HiRISE в программе HiWish
Крупный план полигонов, как их видит HiRISE в программе HiWish
На Земле
На Земле полигональная, структурированная поверхность встречается в богатых льдом грунтах, особенно в полярных регионах.
Узорчатая поверхность Земли.
Узорчатая земля на Аляске
Узорчатая земля на Аляске. Центр ниже, поэтому полон воды. Эта сцена похожа на низкоцентральные полигоны на Марсе, но с водой.
^ Костама, В.-П.; Креславский, Хэд (2006). "Современная высокоширотная ледяная мантия на северных равнинах Марса: характеристики и возраст размещения". Geophys. Res. Lett . 33 (11): L11201. Bibcode :2006GeoRL..3311201K. CiteSeerX 10.1.1.553.1127 . doi :10.1029/2006GL025946. S2CID 17229252.
^ Малин, М.; Эджетт, К. (2001). «Камера Mars Global Surveyor Mars Orbiter: межпланетный круиз через основную миссию». J. Geophys. Res . 106 (E10): 23429–23540. Bibcode : 2001JGR...10623429M. doi : 10.1029/2000je001455 .
^ Милликен, Р.; и др. (2003). "Особенности вязкого течения на поверхности Марса: наблюдения с помощью изображений с высоким разрешением, полученных с помощью камеры Mars Orbiter Camera (MOC)". J. Geophys. Res . 108 (E6): E6. Bibcode : 2003JGRE..108.5057M. CiteSeerX 10.1.1.506.7847 . doi : 10.1029/2002JE002005.
^ ab Mangold, N (2005). «Высокоширотные узорчатые грунты на Марсе: классификация, распределение и климатический контроль». Icarus . 174 (2): 336–359. Bibcode :2005Icar..174..336M. doi :10.1016/j.icarus.2004.07.030.
^ Креславский, М.; Хэд, Дж. (2000). «Шероховатость километрового масштаба на Марсе: результаты анализа данных MOLA». J. Geophys. Res . 105 (E11): 26695–26712. Bibcode : 2000JGR...10526695K. doi : 10.1029/2000je001259 .
^ Seibert, N.; Kargel, J. (2001). «Мелкомасштабный марсианский полигональный ландшафт: последствия для жидкой поверхностной воды». Geophys. Res. Lett . 28 (5): 899–902. Bibcode :2001GeoRL..28..899S. doi :10.1029/2000gl012093.
^ Соаре, Р. и др. 2018. ВОЗМОЖНАЯ ПОЛИГОНИЗАЦИЯ КЛИНОВИДНОГО ЛЬДА НА ПЛАНИЦИИ УТОПИЯ, МАРС, И ЕГО ШИРОТОПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ГРАДИЕНТ К ПОЛЮСУ. 49-я конференция по лунной и планетарной науке 2018 г. (LPI Contrib. № 2083). 1084.pdf
^ Хехт, М (2002). «Метастабильность воды на Марсе». Icarus . 156 (2): 373–386. Bibcode :2002Icar..156..373H. doi :10.1006/icar.2001.6794.
^ Mustard, J.; et al. (2001). «Доказательства недавнего изменения климата на Марсе на основе идентификации молодого приповерхностного льда». Nature . 412 (6845): 411–414. Bibcode :2001Natur.412..411M. doi :10.1038/35086515. PMID 11473309. S2CID 4409161.
^ Креславский, М.А., Хэд, Дж.В., 2002. Высокоширотная современная поверхностная мантия на Марсе: новые результаты MOLA и MOC. Европейское геофизическое общество XXVII, Ницца.
^ Head, JW; Mustard, JF; Kreslavsky, MA; Milliken, RE; Marchant, DR (2003). «Недавние ледниковые периоды на Марсе». Nature . 426 (6968): 797–802. Bibcode :2003Natur.426..797H. doi :10.1038/nature02114. PMID 14685228. S2CID 2355534.
^ ab Barrett, A.; et al. (2017). «Обломочный узорчатый грунт в кратере Ломоносова, Марс: изучение механизмов формирования, контролируемых трещинами». Icarus . 295 : 125–139. Bibcode :2017Icar..295..125B. doi : 10.1016/j.icarus.2017.06.008 . hdl : 1893/26993 .
^ ab Геринг, Лукас; Моррис, Стивен В. (2014-11-01). «Растрескивание грязи, замерзание грязи и разрушение камней». Physics Today . 67 (11): 39–44. doi :10.1063/PT.3.2584. ISSN 0031-9228.
^ abc Levy, J.; Head, J.; Marchant, D. (2009). «Заполнение концентрических кратеров в Utopia Planitia: история и взаимодействие между ледниковым «мозговым ландшафтом» и перигляциальными мантийными процессами». Icarus . 202 (2): 462–476. Bibcode :2009Icar..202..462L. doi :10.1016/j.icarus.2009.02.018.
^ "HiRISE | Шестиугольники на ледяной местности (PSP_008883_2245)".
^ Матч, ТА; и др. (1976). «Поверхность Марса: вид с посадочного модуля Viking2». Science . 194 (4271): 1277–1283. Bibcode :1976Sci...194.1277M. doi :10.1126/science.194.4271.1277. PMID 17797083. S2CID 38178368.
^ Матч, Т. и др. (1977). «Геология места посадки Viking Lander 2». J. Geophys. Res . 82 (B28): 4452–4467. Bibcode : 1977JGR....82.4452M. doi : 10.1029/js082i028p04452.
^ Леви, Дж. и др. (2009). «Полигоны трещин термического сжатия на Марсе: классификация, распределение и климатические последствия наблюдений HiRISE». J. Geophys. Res . 114 (E1): E01007. Bibcode : 2009JGRE..114.1007L. doi : 10.1029/2008JE003273 .
^ Уошберн, А. 1973. Перигляциальные процессы и окружающая среда. St. Martin's Press, Нью-Йорк, стр. 1–2, 100–147.
^ Меллон, М. (1997). «Мелкомасштабные полигональные особенности на Марсе: сезонные трещины термического сжатия в вечной мерзлоте». J. Geophys. Res . 102 (E11): 25617–625. Bibcode : 1997JGR...10225617M. doi : 10.1029/97je02582 .
^ Марчант, Д.; Хед, Дж. (2007). «Антарктические сухие долины: микроклиматическая зональность, изменчивые геоморфологические процессы и их значение для оценки изменения климата на Марсе». Icarus (Представленная рукопись). 192 (1): 187–222. Bibcode :2007Icar..192..187M. doi :10.1016/j.icarus.2007.06.018.
^ Balme, M.; et al. (2013). «Морфологические доказательства геологически молодого таяния льда на Марсе: обзор последних исследований с использованием данных изображений высокого разрешения» (PDF) . Prog. Phys. Geogr. (Представленная рукопись). 37 (3): 289–324. doi :10.1177/0309133313477123. S2CID 129919923.
^ Галлангер, М.; и др. (2011). «Сортированные обломочные полосы, доли и связанные с ними овраги в высокоширотных кратерах на Марсе: формы рельефа, указывающие на очень недавнее полициклическое таяние подземного льда и жидкие потоки». Icarus . 211 (1): 458–471. Bibcode :2011Icar..211..458G. doi :10.1016/j.icarus.2010.09.010.
^ Джонссон, Д.; и др. (2012). «Перигляциальные формы рельефа на Марсе, указывающие на наличие временной жидкой воды в недавнем прошлом: выводы из солифлюкционных долей на Шпицбергене» (PDF) . Icarus . 218 (1): 489–505. Bibcode : 2012Icar..218..489J. doi : 10.1016/j.icarus.2011.12.021.
^ Орлофф, М.; и др. (2011). «Движение валунов в высоких северных широтах Марса». J. Geophys. Res . 116 (E11): 1–12. Bibcode : 2011JGRE..11611006O. doi : 10.1029/2011je003811.
^ Balme, M.; et al. (2009). «Отсортированные каменные круги на равнине Элизий, Марс: последствия для недавнего марсианского климата». Icarus . 200 (1): 30–38. Bibcode :2009Icar..200...30B. doi :10.1016/j.icarus.2008.11.010.
^ Banks, M.; et al. (2008). "Эксперимент по визуализации высокого разрешения (HiRISE) наблюдения за ледниковыми и перигляциальными морфологиями в высокогорьях около Аргирской равнины. Марс". J. Geophys. Res . 113 (E12): E12015. Bibcode : 2008JGRE..11312015B. doi : 10.1029/2007je002994.
^ Soare, R.; et al. (2016). «Сортированные (обломочные) полигоны в регионе Аргир, Марс, и возможные свидетельства до- и послеледникового перигляциата в позднеамазонскую эпоху». Icarus . 264 : 184–197. Bibcode :2016Icar..264..184S. doi :10.1016/j.icarus.2015.09.019.
^ Марчант, Д.; и др. (2002). «Формирование структурированной почвы и сублимационного тилла над ледниковым льдом миоцена в долине Бикон, южная часть Земли Виктории». Бюллетень Геологического общества Америки . 114 (6): 718–730. Bibcode : 2002GSAB..114..718M. doi : 10.1130/0016-7606(2002)114<0718:fopgas>2.0.co;2.
^ Schorghofer, N.; Aharonson, O. (2005). "Stability and exchange of subsurface ice on Mars" (PDF) . J. Geophys. Res . 110 (E5): E05. Bibcode :2005JGRE..110.5003S. doi : 10.1029/2004JE002350 .
^ Schorghofer, N (2007). «Динамика ледниковых периодов на Марсе». Nature . 449 (7159): 192–194. Bibcode :2007Natur.449..192S. doi :10.1038/nature06082. PMID 17851518. S2CID 4415456.
^ Head, J.; Mustard, J.; Kreslavsky, M.; Milliken, R.; Marchant, D. (2003). "Недавние ледниковые периоды на Марсе". Nature . 426 (6968): 797–802. Bibcode :2003Natur.426..797H. doi :10.1038/nature02114. PMID 14685228. S2CID 2355534.
^ Laskar, J.; Correia, A.; Gastineau, M.; Joutel, F.; Levrard, B.; Robutel, P. (2004). «Долгосрочная эволюция и хаотическая диффузия величин инсоляции Марса» (PDF) . Icarus (Представленная рукопись). 170 (2): 343–364. Bibcode : 2004Icar..170..343L. doi : 10.1016/j.icarus.2004.04.005. S2CID 33657806.
^ Леви, Дж.; Хед, Дж.; Марчант, Д.; Ковалевски, Д. (2008). «Идентификация полигонов трещин термического сжатия сублимационного типа на предполагаемом месте посадки NASA Phoenix: последствия для свойств субстрата и морфологической эволюции, обусловленной климатом». Geophys. Res. Lett . 35 (4): L04202. Bibcode : 2008GeoRL..35.4202L. doi : 10.1029/2007GL032813.
^ Креславский, М. Дж.; Хэд, Дж. (2002). «Марс: Природа и эволюция молодой, зависящей от широты мантии, богатой водой и льдом». Geophys. Res. Lett . 29 (15): 14–1–14–4. Bibcode :2002GeoRL..29.1719K. doi : 10.1029/2002GL015392 .
^ Креславский, М.; Хэд, Дж. (2006). «Модификация ударных кратеров на северных равнинах Марса: последствия для истории климата Амазонки». Meteorit. Planet. Sci . 41 (10): 1633–1646. Bibcode :2006M&PS...41.1633K. doi : 10.1111/j.1945-5100.2006.tb00441.x .
^ ab Levy, J.; et al. (2010). «Полигоны трещин термического сжатия на Марсе: синтез из исследований HiRISE, Phoenix и наземных аналогов». Icarus . 206 (1): 229–252. Bibcode :2010Icar..206..229L. doi :10.1016/j.icarus.2009.09.005.
^ Малин, М.; Эджетт, К. (2001). «Mars global surveyor Mars orbiter camera: interplanetary cruise through primary mission». J. Geophys. Res . 106 (E10): 23429. Bibcode : 2001JGR...10623429M. doi : 10.1029/2000je001455 .
^ Меллон, М.; и др. (2008). «Перигляциальные формы рельефа на месте посадки Феникса и северные равнины Марса». J. Geophys. Res . 113 (E4): 1–15. Bibcode : 2008JGRE..113.0A23M. doi : 10.1029/2007je003039.
^ Креславский, М.А. (2002). «Марс: Природа и эволюция молодой мантии, зависящей от широты и богатой водой и льдом». Geophysical Research Letters . 29 (15): 14–1–14–4. Bibcode : 2002GeoRL..29.1719K. doi : 10.1029/2002GL015392 .
^ Креславский, М. Дж. Хэд (2002). «Марс: Природа и эволюция молодой мантии, богатой водой и льдом, зависящей от широты». Geophysical Research Letters . 29 (15): 14–1–14–4. Bibcode : 2002GeoRL..29.1719K. doi : 10.1029/2002gl015392 .