מדוע חלק מהקוטב הדרומי של מאדים נראה כמו גבינה שווייצרית?

צילום חדש שפרסמה נאס”א חושף בורות ושקעים רבים בשכבת קרח העשויה מפחמן דו-חמצני בקוטב הדרומי של כוכב הלכת. כיצד נוצרים הבורות הללו, שצורתם המיוחדת העניקה להם את הכינוי “תוואי גבינה שווייצרית”?

בצילום חדש ויפייפה, שסוכנות החלל האמריקאית פרסמה בתחילת החודש, נראים תוואי “גבינה שווייצרית”, כינוי שניתן לשקעים ובורות המצלקים שכבה של קרח פחמן דו-חמצני (CO₂), המוכר גם כ”קרח יבש”, שנמצאת בקוטב הדרומי של כוכב הלכת האדום.

בצילום נראה גם בור עמוק וגדול יותר בצד הימני העליון של התמונה. חוקרי נאס”א לא בטוחים לגבי מקורו – ייתכן שנוצר מפגיעת אסטרואיד, או מהתמוטטות כתוצאה מסובלימציה (המראה) של קרח פחמן דו-חמצני – תהליך של מעבר ישיר ממוצק לגז (ניתן לראות שאריות של קרח פחמן דו-חמצני בתחתית הבור).

התמונה צולמה ב-25 במרץ 2017 על ידי “המקפת לסקר מאדים” (MRO, קיצור של Mars Reconnaissance Orbiter), חללית של נאס”א הנמצאת במסלול סביב מאדים מאז 2006. לצילום רזולוציה של 50 סנטימטר לפיקסל, והוא בוצע על ידי המצלמה הטלסקופית של החללית, המכונה HiRISE (קיצור של High Resolution Imaging Science Experiment).

כדי להבין כיצד נוצרים אותם “חורי גבינה שווייצרית” בקרח היבש, עלינו להבין קודם כיצד מתנהגים הקטבים של מאדים, ובמיוחד הקוטב הדרומי, שרק בו נראים אותם בורות מוזרים.

למאדים, כמו לכדור הארץ, יש כיפות קרח בקטבים שלו. הקרח מורכב משכבה מרכזית של קרח מים, אך בחורף מכסה אותה שכבה דקה של קרח פחמן דו-חמצני – קרח יבש (למאדים עונות שנה דומות לכדור הארץ, מכיוון שנטיית ציר הסיבוב שלו היא 25 מעלות, מעט יותר מזו של כדור הארץ). המקור לקרח היבש העונתי היא האטמוספירה הדלילה של מאדים, העשויה מ-95% פחמן דו-חמצני. בחורף, הטמפרטורות בקטבים צונחות אל מתחת למינוס 125 מעלות צלזיוס – טמפרטורה בה CO₂ קופא ושוקע ארצה, במעטה כפור שעומקו כמטר אחד. עם בוא האביב, הפחמן הדו-חמצני הופך לגז ונעלם בחזרה לאטמוספירה.

תופעה זו של קרח יבש עונתי מתרחשת בשני הקטבים, אך בקוטב הדרומי מתווספת אליה תופעה נוספת של שכבת קרח פחמן דו-חמצני קבועה, שנשארת בכל עונות השנה המאדימית. היא מכסה את שכבת קרח המים, ועומקה מגיע לעד כ-10 מטר. קיומה מתאפשר הודות לעובדה שהקוטב הדרומי של מאדים קר יותר מהקוטב הצפוני, וגם בקיץ הטמפרטורות מספיק נמוכות בשביל שפחמן דו-חמצני יישאר במצב מוצק.

חורי “הגבינה השווייצרית”, לפי הערכת החוקרים, נוצרים כתוצאה מסובלימציה של שכבת הקרח היבש הקבועה – פחמן דו-חמצני מוצק שהופך ישירות לגז. השקעים מגיעים לעומק של עד כ-10 מטר, כלומר עד שכבת קרח המים שמתחת לשכבת הקרח היבש, וגודלם נע בין עשרות למאות מטרים.

הבורות והשקעים מתפתחים אט אט, בתקופת הקיץ, בעקבות התחממות מקרינת השמש. בקיץ, השמש נראית נמוך מאד בשמיים באזור הקטבים, וקרניה פוגעות בהם בזווית אלכסונית. באופן זה, האזורים שמקבלים את עיקר הקרינה הם הקירות התלולים של הבורות, כך שהם מתפתחים בעיקר לצדדים, ופחות לעומק.

הכינוי “גבינה שווייצרית” מתאים אולי היטב לבורות העגולים בתמונה החדשה, אך השקעים מופיעים בצורות רבות ומגוונות – חלקם עגולים כמעט לגמרי, לחלק צורות אסימטריות כמו לב, וחלקם פתלתלים וצרים כמו נחשים.

תצפיות רב-שנתיות של הגשושית MRO והגשושית הראשונה שגילתה וחקרה אותם, מארס גלובל סורווייר (פעלה בין השנים 1996 – 2006), אפשרו לחוקרים לזהות התפתחות שנתית בשקעים. הם מעריכים שהשקעים והבורות מתרחבים בקצב ממוצע של כ-3 מטר בשנה, ובחלקים מסוימים הקצב מסוגל לעלות ל-8 מטר בשנה.

קצב זה נשמע אולי איטי למדי, אך משמעותו היא שבמשך זמן גאולוגי, שכבת הקרח הקבועה של הפחמן הדו-חמצני הייתה אמורה להיעלם לחלוטין. עם זאת, קיומם של אזורים חלקים ולא מצולקים בבורות, מעיד על תהליך הפוך של חידוש שכבת הקרח היבש, והפיכתה לתופעה יציבה.

מודלים אקלימיים קיימים של מאדים לא מצליחים להסביר את היווצרותה של שכבת קרח קבועה של CO₂ בקוטב הדרומי. החוקרים מקווים שהתצפיות הממושכות של הגשושית MRO יאפשרו להם להבין לא רק את הדינמיקה שבה מתפתחים השקעים והבורות, אלא גם את התהליכים האטמוספריים שבהם פחמן דו-חמצני נכלא ומשתחרר מהקרח הקוטבי, ואת ההיסטוריה וההתפתחות של האקלים במאדים.

להודעה של נאס”א