On the mechanisms of possible periodic redistribution of water ice between the polar caps of Mars
Published 2024-10-17
Keywords
- Mars, water ice, polar caps, seasons, climate changes
Copyright (c) 2024 Анатолій Відьмаченко, Олександр Мозговий, Олексій Стєклов
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
How to Cite
Abstract
At the beginning of the 21st century, the presence of a significant amount of water ice was confirmed in the Arctic Cap. A little later, the instruments of the "Mars Express" orbiter were also able to register considerable deposits of water ice around the South Pole. And a layer of "dry" ice with a thickness of 2 to 7 mm was found above the water ice. Total sediments in the South Polar Cap turned out to be significantly smaller than in the North. Observations with the help of a gamma spectrometer made it possible to detect a large amount of hydrogen contained under the surface of Mars at significant distances from the polar caps, and even at the planet's equator. This hydrogen is part of water ice, which in such places is protected from sublimation by a soil made of insulating rock, dust, and rock fragments. During summer dust storms, significant amounts of dust are raised as a result of the rapid seasonal movement of carbon dioxide and water vapor; after a certain time, this dust settles from the atmosphere. This leads to a seasonal accumulation of dust in layered deposits in both polar and subpolar regions. When the seasons change on the planet, as a result of the significant eccentricity of the orbit of Mars, there is a significant asymmetry in the changes in the inflow of solar energy to the opposite hemispheres. The differences between aphelion and perihelion reach 40%. For this reason, when the planet is in aphelion, the summer in the Northern Hemisphere is longer and colder than in the Southern. Due to such a difference in seasonal characteristics between the southern and northern hemispheres, a kind of seasonal "pump" in a relatively short period of time can completely transfer water to the polar cap in the hemisphere in which summer falls on passing through the aphelion of the orbit. Modeling of present-day climate processes on Mars indicates that water ice deposits should be cyclically redistributed between the south and north polar regions of Mars for about 21,000 years. The rotation axis of Mars in Milankovitch cycles could change its inclination many times. The period of such changes is close to 105 years. Therefore, the asymmetry described in the paper is young, which may lead to a change in sign. Therefore, it is quite possible that during the history of Mars, the polar caps have repeatedly changed places.
Downloads
References
- Becerra P., Sori M. M., Thomas N., et al. Timescales of the climate record in the south polar ice cap of Mars. Geoph. Res. Letters. 2019. Vol. 46, № 13. P. 7268-7277.
- Conway S. J., Hovius N., Barnie T., et al. Climate-driven deposition of water ice and the formation of mounds in craters in Mars' north polar region. Icarus. 2012. Vol. 220, № 1. P. 174–193.
- Dlugach J. M., Morozhenko A. V., Vid'Machenko A. P., Yanovitskij E. G. Investigations of the optical properties of Saturn's atmosphere carried out at the main astronomical observatory of the Ukrainian Academy of Sciences. Icarus. 1983. Vol. 54 (May). P. 319-336.
- Howard A. The role of eolian processes in forming surface features of the Martian polar layered deposits. Icarus. Vol. 144. P. 267-288.
- Morozhenko A. V., Vid’machenko A. P. Polarimetry and Physics of Solar System Bodies. Proceedings of the NATO Advanced Study Institute, м. Ялта, 20 вересня - 4 жовтня 2003 р. Ялта, 2003. С. 369-384. DOI: https://doi.org/10.1007/1-4020-2368-5_16
- Morozhenko A. V., Vid’machenko A. P. Polarimetry and Physics of Solar System Bodies. Photopolarimetry in Remote Sensing, NATO Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry. 2005. Vol. 161. P. 369-384.
- Morozhenko A., Vidmachenko A., Kostogryz N. Polarimetry and Physics of Solar System Bodies. Proceedings of the International Astronomical Union 10 (H16). 2012. P. 182-182.
- Morozhenko A. V., Vidmachenko A. P. Optical parameters of Martian dust and its influence on the exploration of Mars. Dust in the Atmosphere of Mars and Its Impact on Human Exploration. Proceedings of the conference held. LPI Contribution. Houston, Texas, 13-15 June, 2017. No. 1966. Houston, Texas, 2017. id.6010.
- Мороженко А. В., Відьмаченко А. П. Пил може вплинути на освоєння Марса. 22 Міжнародна наукова конференція “Астрономічна школа молодих вчених”. М. Київ, Україна, 11-12 грудня 2020 р. Київ, 2020. С. 71-73.
- Morozhenko A. V., Vidmachenko A. P., Kostogryz N. M. Spectrophotometric properties of Moon's and Mars's surfaces exploration by shadow mechanism. Highlights of Astronomy. 2015. Vol. 16. P. 182-182.
- Стеклов А. Ф., Видьмаченко А. П., Миняйло Н. Ф. Сезонные изменения в атмосфере. Сатурна. Письма в Астрон. журн. 1983. Т. 9, № 2. С. 11-17.
- Vid’machenko A. P., Morozhenko A. V. Mapping of the physical characteristics and mineral composition of a superficial layer of the Moon or Mars and ultra-violet polarimetry from the orbital station. 36 Annual Lunar and Planetary Science Conference. League City, Texas, March 14-18, 2005. League City, 2005. #1015.
- Видьмаченко А. П. Проявление сезонных изменений в атмосфере Сатурна. Кинематика и физика небесных тел. 1987. Т. 3, № 6. С. 9-12.
- Видьмаченко А. П. Изменения блеска небесных объектов по астрономическим наблюдениям горы Майданак. Кинематика и физика небесных тел. 1994. Т. 10, № 5. С. 52-56.
- Vidmachenko A. P. Planetary atmospheres. Astronomical School’s Report. 2009. Vol. 6, № 1. P. 56-68.
- Vidmachenko A. P. Research of the Mars by space vehicles. Astronomical School’s Report. Vol. 6, № 1-2. P. 131-137.
- Vidmachenko A. P. Water on Mars. Astron. almanac. 2009. Vol. 56. P. 225-249.
- Відьмаченко А. П. Дослідження землеподібних планет. 16 Міжнародна наукова конференція “Астрономічна школа молодих вчених”, м. Кіровоград, 29-31 травня 2015 р. Кіровоград, 2015. С. 12-13.
- Відьмаченко А. П. Порівняльні особливості вулканів на тілах Сонячної системи. 20 Міжнародна наукова конференція “Астрономічна школа молодих вчених”, м. Умань, 23-24 травня 2018 р. Умань, 2018. С. 9-12.
- Відьмаченко А. П. Сучасна вулканічна діяльність на Місяці. 20 Міжнародна наукова конференція “Астрономічна школа молодих вчених”, м. Умань, 23-24 травня 2018 р. Умань, 2018. С. 5-7.
- Відьмаченко А. П. Вода в Сонячній системі. 20 Міжнародна наукова конференція “Астрономічна школа молодих вчених”, м. Умань, 23-24 травня 2018 р. Умань, 2018. С. 91-93.
- Vidmachenko A. P. Comparison of features of impact and volcanic craters on the surface of Mars. Proceedings of VIII ISPCo “Progressive research in the modern world” (April 27-29, 2023), Boston, USA. Chapter 43. Boston: BoScience Publisher, 2023. P. 237-246.
- Vidmachenko A. P. Coordinates and names of surface details on Mars. Proceedings of VII ISPCo. “Science and technology: problems, prospects and innovations”. Osaka, Japan (April 13-15, 2023). Osaka: CPNPublishing Group, 2023. Vol. 39. P. 217-226.
- Vidmachenko A. P. History of possible climate change on Mars. Proceedings of VII ISPPCo. “Science and innovation of modern world”. London, United Kingdom (23-25 March, 2023). Chapter 54. London: Cognum Publishing House, 2023. P. 336-345.
- Vidmachenko A. P. Macrorelief of the surface of Mars. Proceedings of XIV ISPCo. “Prospects for the development of science and the environment”. Helsinki, Finland (April 10-12, 2023). Ch. 7. Helsinki, 2023. P. 34-39.
- Vidmachenko A. P. The atmosphere of Mars. Proceedings of VI ISPCo. “Scientific research in the modern world”. Toronto, Canada (April 6-8, 2023). Chapter 45. Toronto: Perfect Publishing, 2023. P. 283-293.
- Vidmachenko A. P. Thermal properties of the surface of Mars. Proceedings of VII ISPCo. “Progressive research in the modern world” (March 29-31, 2023), Boston, USA. Chapter 42 Boston: BoScience Publisher, 2023. P. 243-252.
- Vidmachenko A. P., Dlugach Z. M., Morozhenko A. V. Nature of the optical nonuniformity in Saturn's disk. Solar System Research. 1984. Vol. 17, № 4. P. 164-171.
- Vidmachenko A. P., Klimenko V. M., Morozhenko A. V. Apparent spectral albedos of the disk of Mars in September-October 1977. Solar System Research. 1981. Vol. 14, № 4. P. 157-159.
- Відьмаченко А. П., Мозговий О. В., Стєклов О. Ф. Особливості рельєфу поверхні Марса. Матеріали 11 Всеукраїнської НКО «Астрономія і сьогодення», м. Вінниця, 12 квітня 2023 р. Вінниця: ТОВ «ТВОРИ», 2023. С. 66-71.
- Відьмаченко А. П., Мозговий О. В., Стєклов О. Ф. Історичні аспекти кліматичних змін на Марсі. Матеріали 11 Всеукраїнської НКО «Астрономія і сьогодення», м. Вінниця, 12 квітня 2023 р. Вінниця: ТОВ «ТВОРИ», 2023. С. 56-61.
- Відьмаченко А. П., Мозговий О. В., Стєклов О. Ф. Особливості пилових бур на Марсі. Матеріали 11 Всеукраїнської НКО «Астрономія і сьогодення», м. Вінниця, 12 квітня 2023 р. Вінниця: ТОВ «ТВОРИ», 2023. С. 87-92.
- Vidmachenko A. P., Steklov A. F. Mineral resources can be mined on different bodies of the Solar System. 22 International Astronomical School of Young Scientists. Kyiv, Ukraine (December 11-12, 2020). Kyiv, 2020. P. 89-92.
- Vidmachenko A. P., Steklov A. F. How long ago has water flowed on Mars surface? Results of modern scientific research and development, Proceedings of XI ISPCo, Madrid, Spain (16-18.01.2022). Madrid: Barca Academy Publishing, 2022. P. 226-232.