Polkappen des Mars
Der Planet Mars besitzt an seinen beiden Polen auffällige, dauerhafte Eiskappen, die aus gefrorenem Kohlendioxid und Wassereis zusammengesetzt sind. Während der Wintersaison tauchen die Pole in vollständige Dunkelheit, die ein halbes Marsjahr (bzw. 343,5 Tage) andauert. Durch die extreme Kälte resublimieren 25–30 % des gasförmigen Kohlendioxids der dünnen Marsatmosphäre zu Trockeneis.[1] Mit Rückkehr des Sonnenlichts im Sommerhalbjahr sublimiert das gefrorene CO2. Dabei entstehen enorme Windböen, die mit bis zu 400 km/h aus der Polregion herabwehen.[2] Diese saisonbedingten Stürme erzeugen erdähnliche Frostbedingungen und transportieren sehr große Mengen an Staub und Wasserdampf. Durch die höhere Atmosphäre ziehen Cirruswolken. Im Jahr 2004 fotografierte der Rover Opportunity Wolken, die Wassereis enthielten.[3]
Geschichte
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Mit seinem Teleskop entdeckte Christian Huygens die Polkappen des Mars im Jahr 1672.[4] Friedrich Wilhelm Herschel beobachtete ab 1781 den Mars, dabei war ihm neben ihrer Veränderlichkeit die exzentrische Lage der Polkappen aufgefallen. Seit den 1960er Jahren ist bekannt, dass die jahreszeitlich sich verändernden Polkappen an ihrer Oberfläche aus Kohlendioxid bestehen. Kohlendioxid sublimiert während des polaren Winterhalbjahres bei Temperaturen unter 148 K (bzw. −125 °C).[5] Infrarot-Messungen von Viking 2 bestätigen dann im Jahr 1976, dass zumindest die nördliche Polkappe aus Wassereis und Trockeneis aufgebaut ist.[6]
Nördliche Polkappe
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Auf dem Mars gibt es Jahreszeiten ähnlich denen auf der Erde, da der gegenwärtige Achsenneigungswinkel des Mars mit 25,19° dem der Erde mit 23,43° sehr nahe kommt. Jedoch sind aufgrund der stärker elliptischen Umlaufbahn des Mars die Jahreszeiten in seiner südlichen Hemisphäre viel deutlicher ausgeprägt als in der nördlichen.
Die nördliche Polkappe hat während des nördlichen Marssommers einen Durchmesser von rund 1100 Kilometern. Sie ist mehr oder weniger symmetrisch um die Polachse angeordnet und reicht im Winter bis zirka 65° nördlicher Breite herab. Ihr Eisvolumen beträgt 1,6 Millionen Kubikkilometer, was einer durchschnittlichen Gesamtdicke von 2 km entspricht.[7] (Zum Vergleich hat das grönländische Inlandeis ein Gesamtvolumen von 2,85 Millionen Kubikkilometern.) Sie besteht etwa zur Hälfte aus Wassereis. Radarmessungen von Mars Reconnaissance Orbiter ergaben 0,821 Millionen Kubikkilometer Wassereis oder knapp 30 % des Grönland-Inlandeises.[8]
Im Verlauf eines Nordhemisphärenwinters sammelt sich auf der nördlichen Polkappe die saisonale Eiskappe (englisch seasonal ice cap), eine nur relativ dünne Trockeneislage von 1,5 bis 2 Meter Mächtigkeit an, welche dann im Sommerhalbjahr wieder sublimiert. Ihre Masse wird von Kieffer u. a. (1992) mit 3,5 × 1015 Kilogramm angegeben. Diese Trockeneislage wird an ihrem Außenrand von einem Ring aus Wassereis umringt.[9]
In jedem Marsjahr kondensiert in etwa ein Drittel der dünnen Marsatmosphäre zu Trockeneis. Dieser Vorgang konnte von Wissenschaftlern als winzige Änderungen im Schwerefeld des Mars nachgewiesen werden.
Die nördliche Polkappe liegt tiefer als die südliche. Ihr höchster Punkt mit − 1950 ± 50 Meter befindet sich in unmittelbarer Nähe des geographischen Nordpols. Ihre Mächtigkeit beträgt 2950 ± 200 Meter, da das umgebende Tiefland eine tiefe, zum Pol hin einfallende Depression darstellt und ein Niveau zwischen − 4800 Meter und − 5200 Meter einnimmt.[10]
Die Temperaturen sind somit höher, so dass im Marssommer sämtliches Trockeneis wieder verschwindet. Zurück bleibt die so genannte residuelle Eiskappe (engl. Northern residual ice cap oder NRIC), die überwiegend aus Wassereis besteht. Ihre Mächtigkeit wird stellenweise mit bis zu 3 Kilometer veranschlagt. Im Gegensatz zu den Verhältnissen am Südpol werden die unterlagernden Schichtablagerungen nahezu vollständig von der residuellen Eiskappe überdeckt. Die Trockeneislage beginnt ihr Wachstum im Spätsommer bzw. im Frühherbst, wenn verschiedene Wolkenformationen die Polarregion verhüllen und Niederschlag bringen. Dieses Phänomen wird als Polarmütze (engl. polar hood) bezeichnet.
Charakteristisch für die Nordpolkappe sind die sie durchziehenden Spiralfurchen.[11] Hochauflösende Aufnahmen von Mars Global Surveyor lassen erkennen, dass die nördliche Polkappe neben den großstrukturierten Spiralfurchen im Detail von Vertiefungen, Rissen, kleinen Wellen und Höckern übersät ist, welche insgesamt einen Hüttenkäse-Effekt hinterlassen. Im Vergleich zur südlichen Polkappe, die ebenfalls charakteristische Vertiefungen aufweist, sind diese Strukturen jedoch wesentlich enger angeordnet.
Interner Aufbau
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Mithilfe der Radarsondierungen von SHARAD konnte ein guter Einblick in den internen Aufbau der im Durchschnitt 2000 Meter mächtigen Nordpolkappe gewonnen werden. Ihre Stratigraphie ist relativ homogen und lässt sich in vier Einheiten unterteilen (in der Abbildung als englisch internal layers zusammengefasst). Über die Basaleinheit BU (engl. Basal Unit) legt sich konform die 200 Meter mächtige Einheit A, die Unregelmäßigkeiten des Untergrunds nachzeichnet. Die überlagernde Einheit B zeigt starke Mächtigkeitsschwankungen und keilt seitlich aus. Darüber folgt die Einheit C, die den Hauptanteil der Eiskappe stellt. Auch sie zeigt Mächtigkeitsschwankungen, da sie sich in die unterliegende Einheit B eingesenkt hat. Ihre obersten Partien können von flachen Abschiebungen betroffen werden. Die abschließende 300 bis 500 Meter dicke Einheit D ist sehr reflektiv, insbesondere an ihrer unmittelbaren Oberfläche. Neben ebenfalls flachen Abschiebungen zeigt sie im Bereich der Spiralfurchen und am Eisrand einen sehr stark gestörten Aufbau. Einheit B, die nur unterhalb von Gemina Lingula (Eiszunge südlich von Chasma Boreale) anzutreffen ist, wird von Holt und Safaeinili (2009) als Überrest einer Paläoeiskappe gedeutet, die durch die Auflast der überlagernden Einheiten bedingt ins Kriechen kam und seitlich auswich.[12] Diese seitlichen Ausweichbewegungen verursachten die Abschiebungen in den auflagernden Einheiten. Risse im Eis entstanden, die dann durch die abrasive Wirkung der Fallwinde zu den heutigen Chasmata erweitert wurden.
Südliche Polkappe
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Die südliche Polkappe ist mit 400 km Durchmesser und einer durchschnittlichen Dicke von 1,5 km weit weniger ausgedehnt. Im Südwinter bedeckt sie die Südhalbkugel bis zu 50° südlicher Breite.[13] Sie liegt höher als die nördliche Polkappe und ist somit auch kälter. Wie die nördliche Polkappe zeigt auch sie spiralförmige Einschnitte, deren Entstehungsweise bislang nicht restlos geklärt ist. Das Gesamtvolumen der südlichen Polkappe wird ebenfalls auf 1,6 Millionen Kubikkilometer geschätzt (davon 0,2 Millionen Kubikkilometer Wassereis), wobei jedoch die den Südpol umgürtenden Schichtablagerungen mit eingerechnet sind.[14]
Genau wie bei der nördlichen Polkappe akkumulieren auch bei ihr im Verlauf des Südwinters 1,5 bis 2 Meter Trockeneis durch Niederschlag aus der Polarmütze, welche im Sommer weitestgehend wieder sublimieren. Insgesamt ist die saisonale Eiskappe des Südpols wesentlich inhomogener und auch poröser (mit einer
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