Forskare baserade på miljontals kilometer från Mars har avslöjat nya bevis för hur samtida särdrag bildas på den röda planeten. Deras innovativa labbbaserade experiment på sublimering av koldioxid (CO2) - processen genom vilken ett ämne ändras från ett fast ämne till en gas utan en mellanliggande flytande fas - tyder på att samma process är ansvarig för att förändra utseendet på sanddyner på Mars.

Forskningen leddes av ett Trinity College Dublin-team bestående av doktorander vid School of Natural Sciences, Lauren Mc Keown, och Dr Mary Bourke, tillsammans med professor Jim McElwaine från Durham University. Deras arbete, som beskriver fenomen som inte liknar något som vi sett på jorden, har just publicerats i Vetenskapliga rapporter .

Lauren Mc Keown sa:"Vi har alla hört de spännande nyhetsklippen om bevisen för vatten på Mars. Men, det nuvarande klimatet på mars stöder inte ofta vatten i flytande tillstånd - så det är viktigt att vi förstår vilken roll andra flyktiga ämnen spelar som troligen modifierar Mars idag."

"Mars atmosfär består av över 95% CO2, men vi vet lite om hur det interagerar med planetens yta. Mars har årstider, precis som jorden, vilket betyder att på vintern, mycket av CO2 i atmosfären ändrar tillstånd från en gas till en fast substans och avsätts på ytan i den formen. Processen vänds sedan om på våren, när isen sublimeras, och detta säsongsbetonade samspel kan vara en riktigt viktig geomorf process."

Dr Bourke tillade:"För flera år sedan upptäckte jag unika markeringar på ytan av sanddyner från mars. Jag kallade dem sandfåror eftersom de var långsträckta grunda, nätverksfunktioner som bildades och försvann säsongsvis på sanddynerna på mars. Det som var ovanligt med dem var att de såg ut att trenda både upp och ner för dynbackarna, vilket uteslöt flytande vatten som orsak."

"Vid den tiden föreslog jag att de hade bildats genom kryoventilering - en process där trycksatt CO2-gas under säsongens isavlagring eroderar komplexa mönster på dynytan när isen spricker och frigör gasen i höga damm- och gasgejsrar. blev glad när Lauren gick med i Earth and Planetary Surface Process Group på Institutionen för geografi för att arbeta med detta fenomen med Jim och mig själv. Det som krävdes var en demonstration av hur sand skulle svara på sublimering av CO2-is, och detta publicerade arbete är ett viktigt steg för att tillhandahålla det bevis som krävs."

Forskarna designade och byggde en kammare med låg luftfuktighet och placerade CO2-block på den granulära ytan. Experimenten avslöjade att sublimering av CO2 kan bilda en rad fårmorfologier som liknar de som observerats på Mars.

Linjära raviner är ett annat exempel på aktiva Mars-egenskaper som inte finns på jorden. De är långa, ibland slingrande, smala ristningar som tros bildas av CO2-isblock som faller från dynbrinken och "glider" nedför sluttningen.

Lauren Mc Keown sa:"Skillnaden i temperatur mellan sandytan och CO2-blocket kommer att generera ett ångskikt under blocket, låta den sväva och manövrera nedförsbacke, på samma sätt som hur puckar glider på ett ishockeybord, snida en kanal i dess kölvatten. Vid ändstationen, blocket kommer att sublimera och erodera en grop. Det kommer då att försvinna utan ett annat spår än den grovt cirkulära fördjupningen under den. "

"Medan raviner på jorden vanligtvis bildas av flytande vatten, de slutar nästan alltid i skräpförkläden och inte gropar. Närvaron av gropar ger därför mer stöd för en hypotes där CO2-block är ansvariga för linjära raviner."

Genom att skjuta torrisblock på sandbädden i lågfuktkammaren, gruppen visade att stationära block kunde erodera negativ topografi i form av gropar och avlagringar i sidled. I vissa fall, block sublimerade så snabbt att de grävde ner sig under ytan och svaldes upp av sanden på under 60 sekunder.

Professor McElwaine sa:"Den här processen är egentligen olik något som setts förekomma naturligt på jorden - sängen verkar fluidiserad och sand sparkas upp i alla riktningar. När vi först såg denna speciella effekt, det var ett riktigt spännande ögonblick."

Genom att generera 3D-modeller av den modifierade sängen i varje fall, gropdimensioner kan användas för att förutsäga intervallet av blockstorlekar som skulle urholka groparna som ses på Mars, som varierar i diameter från 1 m till upp till 19 m. En grop på Russell Crater megadune på Mars observerades växa inom ett Mars-år i en utsträckning som förutspåddes av dessa beräkningar, efter observation av ett block inom det föregående år.

Nästa fas i arbetet, stöds av Europlanet Horizon 2020-finansiering, will see the team head to the Open University Mars Chamber to assess the influence of Martian atmospheric conditions on these new geomorphic processes and test a numerical model developed by Professor McElwaine.