Сравнительный анализ мерзлотных условий Антарктиды и полярных областей Марса

Глава 1. Современная среда полярных регионов Марса и методы ее исследования

В первой главе обобщены последние данные о рельефе, строении, составе полярных регионов Марса и методах исследования этих регионов, описан механизм формирования полярных отложений, приведены данные по годовой и сезонной динамике мощности полярных шапок. Хотя Марс холоднее, чем Земля, его температурный режим более похож на земной, чем на режим любой другой планеты Солнечной системы. Диапазоны температуры и давления нижних слоев атмосферы сравнимы с аналогичными параметрами для средних слоев стратосферы Земли. Однако имеются и важные отличия. Температурные колебания нижних слоев атмосферы Земли смягчаются за счет влияния океанов, в то время как у Марса океанов нет, и его поверхность покрыта материалом, имеющим низкую теплопроводность. В результате, для него характерны более значительные сезонные и суточные колебания температуры. Орбитальный эксцентриситет Марса и Земли различен, вследствие чего сезонная фазировка является важным фактором для современного климата Марса, имея относительно меньшее значение для климата сегодняшней Земли. Средняя температура поверхности составляет -63^oС, при среднем альбедо 0,25; для северной полярной области летние температуры поверхности (в полярный день) достигают -63^oС, зимние (в полярную ночь) - до -138^oС; для южной полярной области минимальные температуры поверхности -43^oС летом и -143^oС зимой.

Полярные шапки - это самые крупные на Марсе мерзлотно-гляциальные образования, поверхность которых осложнена сериями концентрических уступов и желобов, расположенных по спирали относительно центра шапок и образую щих в плане вихревидную структуру. Сезонная южная полярная шапка может достигать широты 45^o, северная 55^o. В настоящее время площадь остаточного ледяного покрова северной шапки Марса гораздо больше, чем южной - 1000 и 300 км в поперечнике соот ветственно, и сопоставима с площадью ледяного щита Гренландии. Различие в раз мерах ледяных покровов северной и южной шапок связано с тем, что сейчас летний период года в южном полушарии приходится на перигелий, т.е. когда Марс расположен ближе к Солнцу. По данным радара , установленного на борту спутника , мощность северной шапки достигает значения 4 км, южной - 3,7 км. На обеих шапках минимальные годовые вариации высоты поверхности составляют 10 см, причем прослеживается квазилинейная широтная тенденция максимальной аккумуляции СО₂, составляющая 4 см на градус широты. Для южной шапки изменение мощности полярных отложений коррелирует с сезонным циклом обмена CО₂ между поверхностью и атмосферой. Максимальное изменение высоты поверхности (1,5 м - 2 м) наблюдается на широтах 80^o и выше, в то время как основная часть обмена масс происходит на боле низких широтах (ниже 75^o северной широты, и ниже 73^o южной широты). Средняя плотность сезонно осаждающегося СО₂ составляет 910 кг/м³.

Специфика Марса по сравнению с Землей, заключается в наличии в составе шапок помимо льда H2O, также льда CO₂ и пылеватых отложений. Для южной шапки характерно преобладание льда CO₂, для северной - льда H₂O. Согласно данным с количество льда CO₂, отложившееся в виде наледи в пределах территории полярных шапок за зиму, составляет: 75±12 г/см² на севере и 110±7 г/см² на юге. Разница в количестве отложившегося льда проявляется в основном из-за более длительной зимы на юге. Наличие запасов воды на полюсах является существенным для изучения слоистых отложений, которые могут включать большое количество льда H₂O. Достаточно сложно соотнести данные наблюдения за водяным паром и поверхностными процессами и, таким образом, получить обобщенную сетку водяных запасов. В пределах территории северной полярной шапки за лето может быть сублимировано от 1 до 8^.10^-2 г/см² льда H₂O.

При рассмотрении строения полярных регионов Марса можно выделить: 1) слоистые (переслаивающиеся) отложения и прилегающие к ним льды; 2) разнообразные территории, находящиеся на периферии районов слоистых отложений. Северные и южные слоистые отложения гораздо более схожи между собой, нежели северные и южные периферийные районы. Слоистые отложения лежат поверх базального равнинного материала, который древнее них и сильно испещрен кратерами на юге, и более молодой и сглаженный на севере. Остаточный лед залегает на слоистых отложениях обоих полюсов.

Для полярных регионов характерен активный режим ветров, который ведет к перемещению материала вдоль поверхности. Перенос одной четверти объема атмосферы Марса, интенсифицируемый процессами кристаллизации паров и сублимации льда H₂O и CO₂, способствует возникновению сильных ветров, которые способствуют эоловому переносу и эрозии. Внесезонная аккумуляция льда может возникать под воздействием таких процессов, как возникновение аэродинамической тени от поверхности, режим ветрового перераспределения, кратковременные локальные бури.

В главе также рассматриваются методы исследования полярных регионов Марса с помощью аппаратуры, установленной на орбитальных космических аппаратах: <Марс-3>, , и др.