Bilden av en glaciär på Mars visar överflödet av stenblock i isen. Högupplöst avbildning av ytan på Mars tyder på att skrämtäckta glaciäravlagringar bildades under flera punkterade avsnitt av isackumulering under långa tidsskalor. Debrit-täckta glaciala landformer som kallas lobate debris aprons (LDA) är utbredda på Mars. Det har inte varit klart om dessa LDA har bildats under de senaste 300-800 miljoner åren under en enda lång deponeringsperiod eller under flera kortlivade episoder av isackumulering. För att ta itu med denna fråga, Joseph Levy och kollegor använde högupplöst bildbehandling för att kartlägga stenblock längs 45 LDA på Mars yta. Stenblocken är vanligtvis samlade i band över alla LDA:er, liknar stenblock på forntida glaciärer täckta av landskräp. Fynden pekar på flera cykler av isackumulering och framsteg under de senaste 300-800 miljoner åren, utvidga bevis för klimatförändringar på Mars bortom 20-miljoner-årsperioden som tillhandahålls av numerisk modellering. Kredit:Joe Levy/Colgate University
I en ny tidning som publicerades idag i Proceedings of the National Academies of ScienceS ( PNAS ), planetgeologen Joe Levy, biträdande professor i geologi vid Colgate University, avslöjar en banbrytande ny analys av de mystiska glaciärerna på Mars.
På jorden, glaciärer täckte stora delar av planeten under den senaste istiden, som nådde sin topp omkring 20, 000 år sedan, innan de drog sig tillbaka till stolparna och lämnade stenarna bakom sig. På Mars, dock, glaciärerna lämnade aldrig, förbli frusen på den röda planetens kalla yta i mer än 300 miljoner år, täckt av skräp. "Alla stenar och sand som bärs på den isen har stannat kvar på ytan, " säger Levy. "Det är som att lägga isen i en kylare under alla dessa sediment."
Geologer, dock, har inte kunnat säga om alla dessa glaciärer bildades under en massiv istid på mars, eller i flera separata händelser under miljontals år. Eftersom istider är ett resultat av en förskjutning i lutningen av en planets axel (känd som obliquity), att svara på den frågan kan berätta för forskare hur Mars omloppsbana och klimat har förändrats över tiden - liksom vilken typ av stenar, gaser, eller till och med mikrober kan fångas inuti isen.
"Det finns riktigt bra modeller för Mars orbitalparametrar under de senaste 20 miljoner åren, " säger Levy. "Efter det tenderar modellerna att bli kaotiska."
Levy kom på en plan för att undersöka stenarna på glaciärernas yta som ett naturligt experiment. Eftersom de antagligen urholkas med tiden, en stadig utveckling av större till mindre stenar som fortsätter nedförsbacke skulle peka på en enda, lång istidshändelse.
Att välja 45 glaciärer att undersöka, Levy skaffade högupplösta bilder som samlats in av Mars Reconnaissance Orbiter-satelliten och gav sig i kast med att räkna storleken och antalet stenar. Med en upplösning på 25 centimeter per pixel, "du kan se saker som är lika stora som ett middagsbord, säger Levy.
Även vid den förstoringen, dock, artificiell intelligens kan inte exakt bestämma vad som är eller inte är en sten på grova glaciärytor; så Levy tog hjälp av 10 Colgate-studenter under två somrar för att räkna och mäta ett 60-tal, 000 stora stenar. "Vi gjorde ett slags virtuellt fältarbete, gå upp och ner för dessa glaciärer och kartlägga stenblocken, säger Levy.
Levy fick till en början panik när, långt ifrån en snygg utveckling av stenblock efter storlek, stenstorlekarna verkade vara fördelade på måfå. "Faktiskt, stenblocken berättade en annan historia, " säger Levy. "Det var inte deras storlek som spelade roll; det var hur de grupperades eller grupperades."
Eftersom stenarna färdades inne i glaciärerna, de eroderades inte, han förstod. På samma gång, de var fördelade i tydliga band av skräp över glaciärernas ytor, markerar gränsen för separata och distinkta isflöden, bildades när Mars vinglade på sin axel.
Baserat på dessa uppgifter, Levy har kommit fram till att Mars har genomgått någonstans mellan sex och 20 olika istider under de senaste 300-800 miljoner åren. Dessa fynd visas i PNAS , skriven tillsammans med sex nuvarande eller tidigare Colgate-studenter; Colgate matematikprofessor Will Cipolli; och kollegor från NASA, University of Arizona, Fitchburg State University, och University of Texas-Austin.
"Denna artikel är det första geologiska beviset på vad Mars omloppsbana och snedställning kan ha gjort i hundratals miljoner år, " säger Levy. Upptäckten att glaciärer som bildats över tiden har konsekvenser för planetarisk geologi och till och med rymdutforskning, han förklarar. "Dessa glaciärer är små tidskapslar, fånga ögonblicksbilder av vad som blåste runt i Mars atmosfär, " säger han. "Nu vet vi att vi har tillgång till hundratals miljoner år av Mars historia utan att behöva borra ner djupt genom jordskorpan - vi kan bara ta en vandring längs ytan."
Den historien inkluderar alla tecken på liv som potentiellt finns från Mars avlägsna förflutna. "Om det finns några biomarkörer som blåser runt, de kommer också att fångas i isen." Samtidigt, eventuella upptäcktsresande till Mars som kan behöva vara beroende av att utvinna färskvatten från glaciärer för att överleva kommer att behöva veta att det kan finnas stenband inuti dem som kommer att göra borrning farlig. Levy och hans kollegor håller nu på att kartlägga resten av glaciärerna på Mars yta, hoppas med de uppgifter de har, artificiell intelligens kan nu vi tränat att ta över det hårda arbetet med att identifiera och räkna stenblock.
Det kommer att föra oss ett steg närmare en komplett planetarisk historia av den röda planeten – inklusive den urgamla frågan om huruvida Mars någonsin kunde ha stött liv.
"Det finns mycket arbete att göra för att ta reda på detaljerna i Mars klimathistoria, säger Levy, "inklusive när och var det var tillräckligt varmt och tillräckligt blött för att det skulle finnas saltlösningar och flytande vatten."
