מחקר ישראלי חדש מציע תובנות חדשות על ההיסטוריה של האקלים בכוכב הלכת האדום בעבר הלא רחוק

מחקר חדש, שהתפרסם בכתב העת JGR Planets, מצא קשר בין נדידת הקרח על פני כוכב הלכת מאדים במשך מיליוני שנים לבין הרכב מולקולות המימן בקרח. מכאן הסיקו החוקרים תובנות חדשות על תולדות האקלים בכוכב הלכת השכן. את המחקר הוביל הדוקטורנט ערן פוֹס, בהנחיית עודד אהרונסון מהמחלקה למדעי כדור הארץ ולמדעים פלנטריים במכון ויצמן למדע, והשתתפו בו גם חוקרים מהמכון למדעים פלנטריים באריזונה שבארצות הברית וממכון המחקר CNRS בצרפת.

על פי מה שידוע לנו כיום, בין השאר על סמך צילומי לוויינים שחגים סביב כוכב הלכת האדום, רוב הקרח במאדים מרוכז כעת בקטבים שלו. עם זאת, על פני כוכב הלכת יש ראיות גיאולוגיות חזקות לכך שהקרח נדד לשם דווקא מאזור קו המשווה. תהליך הנדידה הזה, שבמהלכו הקרח התאדה באוויר, אדי המים התעבו לטיפות בעננים, ירדו לקרקע במקום אחר בדמות משקעים, הצטברו מחדש כקרח וחוזר חלילה, יכול ללמד אותנו הרבה על האקלים ששרר במאדים בזמן שכל זה התרחש.

שכבות של קרח פחמן דו-חמצני על מאדים, שתועדו בצילומים של הלוויין האמריקאי Mars Reconnaissance Orbiter | מקור: NASA / JPL-CALTECH / UNIV. OF ARIZONA
נדודים על הקרקע דרך האטמוספרה. שכבות של קרח פחמן דו-חמצני על מאדים, שתועדו בצילומים של הלוויין האמריקאי Mars Reconnaissance Orbiter | מקור: NASA / JPL-CALTECH / UNIV. OF ARIZONA 

נתיב המימן

החוקרים ביצעו הדמיות מחשב של נדידת הקרח על פני מאדים במהלך 21 מיליון השנים האחרונות. הם השתמשו לשם כך במודל קיים לחיזוי התפתחות האקלים, והוסיפו לו את היכולת לחשב על פי הפרמטרים הפיזיקליים הידועים את היחס הצפוי בין אטומי המימן הרגילים בקרח לבין אטומי הדאוטריום בו.

דאוטריום הוא איזוטופ כבד יותר של מימן, כלומר אטום שגרעינו מכיל פרוטון ונייטרון, בניגוד לאטומי המימן הנפוצים יותר, שגרעינם מכיל רק פרוטון. עקב התוספת הזאת מולקולות מים המכילות דאוטריום כבדות יותר ממולקולות של מים רגילים, לכן נוטות להמטיר משקעים מוקדם יותר. כתוצאה מכך קרח שיש בו דאוטריום עובר מרחק קטן יותר בפרק זמן נתון.

השוני הזה תלוי גם בתנאי האקלים. לדוגמה, ההבדל בין השניים יהיה גדול יותר ככל שהטמפרטורה בסביבתם נמוכה. התלות הזאת מאפשרת להסיק מסקנות על מצב האקלים ועל הרכב האטמוספרה לאורך הזמן, על סמך ניתוח ההבדלים בין נדידת הקרח המכיל דאוטריום לזו של הקרח ללא דאוטריום.

ההדמיות העלו שנדידת הקרח מקו המשווה לקטבים התנהלה כנראה בשני שלבים. בשלב הראשון הקרח נדד מהאזורים הסמוכים לקו המשווה והצטבר ברובו באזורי ביניים שבין קו המשווה לקטבים. בתום השלב הזה כל הקרח באזור קו המשווה כבר נעלם, אך לא הגיע עדיין לקטבים. בשלב השני שארית הקרח נדדה מאזורי הביניים אל הקטבים.

נדידת הקרח מאזור קו המשווה הייתה מהירה יותר מזו של הקרח שנדד מאזורי הביניים, ולכן קצב ההצטברות של הקרח בקטבים היה מהיר יותר במהלך השלב הראשון של הנדידה, גם אם בסופו של דבר רוב הקרח הגיע לקטבים רק בשלב השני. על כן העובי של שכבות הקרח השנתיות שהצטברו בקטבים של מאדים בכל אחד משלבי הנדידה האלה היה שונה. בשלב הראשון הצטברו שם שכבות קרח עבות אך מעטות יחסית, ואילו בשלב השני היו הרבה שכבות קרח דקות. הבדלי העובי הללו, שחזה המודל, אכן תואמים את המבנה השכבתי שזיהו מחקרים קודמים בכיפת הקרח בקטבי מאדים.

בנוסף מצאו החוקרים שריכוז הדאוטריום לעומת המימן ה"רגיל" בקרח היה גבוה יותר בשלב הנדידה הראשון, ונמוך יותר בשני. הואיל והמדידות של הרכב האטמוספרה במאדים כיום משקפות בעיקר את הרכב השכבה העליונה של כיפת הקרח בקוטב הצפוני, החוקרים הסיקו שלשכבות העמוקות ביותר יש הרכב שונה. השכבות הללו נוצרו בשלב הראשון וכוללות ריכוז נמוך יותר של דאוטריום. כמו כן עולה מהמחקר שהרכב האטמוספרה הנוכחי לא מייצג את כלל הרכב הקרח על מאדים. הממצא הזה משנה את ההערכה בנוגע להיסטוריות האקלים האפשריות של כוכב הלכת, ואף את אומדן כמות המים שהתאדתה מפני מאדים ונפלטה לחלל במשך השנים.

צילום של כיפת הקרח בקוטב הצפוני של מאדים מהלוויין האמריקאי Mars Global Surveyor | מקור: NASA/JPL-Caltech/MSSS
מסע נדודים ארוך מקו המשווה. צילום של כיפת הקרח בקוטב הצפוני של מאדים מהלוויין האמריקאי Mars Global Surveyor | מקור: NASA/JPL-Caltech/MSSS

פוטנציאל לעבר 

היחס בין ריכוזי האיזוטופים של מימן התגלה כערוץ בעל ערך ופוטנציאל לתגליות נוספות על האקלים של מאדים. "חקר ההרכב האיזוטופי של ליבות קרח מאנטארקטיקה מלמד אותנו על מצב האקלים ששרר בעבר בכדור הארץ, וכך גם במאדים – הסתכלות על ההרכב האיזוטופי מלמדת אותנו על האקלים הקדום. במאדים זה נוגע בשתי נקודות מעניינות, הראשונה היא מה היה האקלים בעבר הקרוב, כשכיפות הקרח נוצרו, והשנייה קשורה לאבולוציה של האקלים במאדים ולכמות המים שאבדה לחלל עם הזמן", אמר פוס לאתר מכון דוידסון. לדבריו, משימות מחקר חדשות למאדים, שנמצאות בתכנון כעת, יאפשרו לבחון לעומק את ההרכב של שכבות הקר בקטבי כוכב הלכת, ובין השאר ללמוד מהן על האקלים ששרר בו בעבר הקרוב – לפני כמה מיליוני שנים.