Lang geleden stroomden er rivieren op Mars en ontstond er een meer ter grootte van de Middellandse Zee onder een dik beschermend ijsdek, aldus wetenschapper Peter Buhler van het Planetary Science Institute (VS). De oorzaak: koolstofdioxide (CO2) bevroor uit de Marsatmosfeer en zette zich af op de kappen van bevroren water bij de polen. Op die manier werd de warmte uit het binnenste van Mars vastgehouden en nam de druk op het ijs toe. Dit zorgde ervoor dat ruwweg de helft van de totale watervoorraad van de planeet smolt en over het oppervlak stroomde, zonder dat er klimaatopwarming nodig was. Bij zijn nieuwe studie maakte Buhler gebruik van een model dat de uitwisseling van CO2 met de regoliet op Mars nabootst (Journal of Geophysical Research: Planet, 1 november).
Wetenschappers weten al sinds de jaren 70 dat een groot deel van de CO2 van Mars momenteel gebonden is aan de regoliet: het CO2-ijs vormt laagjes van slechts één molecuul dik rond elke zandkorrel. Toen Buhler de regoliet opnam in zijn model, ontdekte hij dat de Marsatmosfeer als het ware fungeert als doorgeefluik tussen de regoliet en de zuidelijke poolkap. Dit resulteert in een cyclus die wordt gereguleerd door de stand van de rotatie-as van Mars, die met tussenpozen van honderdduizend jaar heen en weer schommelt. Wanneer de planeet bijna rechtop staat, ontvangen de polen niet veel direct zonlicht, terwijl de evenaar juist opwarmt. Onder deze omstandigheden ontsnapt het kooldioxidegas uit de regoliet naar de atmosfeer. En wanneer het de koude polen bereikt, slaat het neer op de ijskap. Als Mars dan weer kantelt, warmen de polen op en sublimeert het kooldioxide-ijs: het verandert rechtstreeks van ijs in gas, om vervolgens door de koude regoliet te worden ‘opgezogen’.
Dit model werkt goed voor de huidige planeet Mars, en daarom wilde Buhler testen hoe het zou presteren in een tijd waarin de planeet een veel dichtere CO2-atmosfeer had – ongeveer 3,6 miljard jaar geleden. In zijn model slaat een ruim zeshonderd meter dikke laag koolstofdioxide neer op bijna vier kilometer dik waterijs – een laag die ongeveer net zo dik is als die op de huidige zuidpool. Het kooldioxide-ijs werkt als een isolator en houdt de warmte vast die door het hete binnenste van de planeet wordt uitgestraald. Ook vergroot het de druk op de kap van waterijs.
Als gevolg daarvan worden enorme hoeveelheden smeltwater uit de ijskap gedrukt. Dat water probeert te ontsnappen, maar bevriest uiteindelijk tot permafrost. Zodra de rivieren onder het ijs de rand van het ijsdek bereiken, komen ze in aanraking met de koude atmosfeer, waar ze wegsijpelende stroompjes vormen, die vervolgens uitgroeien tot overkapte ijsrivieren. (EE)
Carbon dioxide collapse: How water flowed on an icy Mars