火星の氷河

氷河は、現在または最近流れている氷の塊として大まかに定義され、現代の火星表面の広いが限られた地域に存在すると考えられており、過去にはより広範囲に分布していたと推測されています。^{[1] [2]}粘性流特徴として知られる表面の葉状の凸状特徴と、非ニュートン流の特徴を示す葉状のデブリエプロンは、現在ではほぼ全員が真の氷河とみなしています。^{[1] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10]}

しかし、表面の他の様々な特徴も、氷河の流動に直接関連していると解釈されている。例えば、溝状の地形、^{[1] [11]} 線状の谷の充填、^{[12] [9]} 同心円状のクレーターの充填、^{[3] [13]}弓状の尾根などである。^[10] 中緯度および極地の画像に見られる様々な表面テクスチャも、氷河の昇華に関連していると考えられている。^{[14] [15] [16]}

現在、氷河と解釈されている地形は、主に緯度30度前後の極方向の緯度に限定されています。^[17]特に集中しているのは、イスメニウス湖四角形です。^[2]現在の火星大気モデルに基づくと、火星中緯度で氷が表面に露出している場合、氷は安定しないはずです。^[18]そのため、ほとんどの氷河は瓦礫や塵の層で覆われていて、昇華した氷から空気中への水蒸気の自由な移動を妨げていると考えられます。^{[8] [18] [19]}これはまた、最近の地質学上の過去には、火星の気候が異なっていたに違いなく、そうしなければこれらの緯度で氷河が安定して成長できなかったことも示唆しています。 ^{[17]これは、}火星の軌道のモデル化によって独立して示されているように、火星の黄道傾斜が過去に大きく変化したことを示す優れた独立した証拠を提供します。^[20]過去の氷河作用の証拠は、熱帯地方のいくつかの火星の火山の頂上にも現れている。^{[21] [22] [23]}

地球の氷河と同様に、火星の氷河も純粋な水氷ではない。^{[1] [10]}多くの氷河には相当量の岩石が含まれていると考えられており、かなりの数は岩石氷河と表現した方がよいだろう。^{[23] [24] [25]}長年、主に中緯度で想定される氷河地形が集中している水氷のモデル化された不安定性のため、火星の氷河のほとんどすべてが岩石氷河であると主張されてきた。^{[26]しかし、}火星探査機マーズ・リコネッサンス・オービター衛星のSHARADレーダー機器による最近の直接観測により、少なくともいくつかの地形は比較的純粋な氷であり、したがって真の氷河であることが確認された。^{[6] [8]}一部の研究者は、特定のまれな条件下では火星に固体二酸化炭素の氷河が形成されたと主張する。^[27]

いくつかの地形は、地球上の山の谷から流れ出る氷河とそっくりです。中には中央がくぼんでいるように見えるものもあり、ほとんどすべての氷が消えた後の氷河のように見えます。残っているのはモレーン、つまり氷河が運んだ土や瓦礫です。^[28] これらのアルプスの氷河と思われるものは、氷河状地形 (GLF) または氷河状流 (GLF) と呼ばれています。^[29] 氷河状地形は後から付けられた用語で、おそらくより正確なものです。なぜなら、その構造が現在動いているかどうかはわからないからです。^[30] 文献で時々見られるもう 1 つのより一般的な用語は、粘性流地形 (VFF) です。^[30]

火星探査機「マーズ・リコネッサンス・オービター」の SHAllow RADar (SHARAD) によるレーダー研究では、ローブ状デブリ・エプロン (LDA) と線状谷充填物 (LVF) には、氷を絶縁する薄い岩石層で覆われた純粋な水氷が含まれていることが示された。^{[31] [32]}氷は南半球^[33]と北半球の両方で発見された。^[34] ニールス・ボーア研究所の研究者は、レーダー観測と氷流モデリングを組み合わせて、火星のすべての氷河の氷は、火星の表面全体を 1.1 メートルの氷で覆うことができる量に相当すると述べた。氷がまだ残っているという事実は、厚い塵の層が氷を保護していることを示唆している。火星の現在の大気条件では、露出した水氷はすべて昇華する。^{[35] [36] [37]}

HiWish プログラムの HiRISE が捉えた、谷を下って移動する火星の氷河。

火星の軌道の傾きが現在と大きく異なっていたときに氷が蓄積されたと考えられています（火星が自転する軸にはかなりの「揺れ」があり、つまりその角度は時間とともに変化します）。^{[38] [39] [40]} 数百万年前、火星の軸の傾きは現在の25度ではなく45度でした。傾斜角とも呼ばれる火星の傾きは、2つの小さな衛星が月が地球を安定させるのとは異なり、火星を安定させることができないため、大きく変化します。

火星の多くの地形、特にイスメニウス湖の四角形には、大量の氷が含まれていると考えられています。氷の起源に関する最も一般的なモデルは、惑星の自転軸の傾きの大きな変化による気候変動です。時には、傾きが80度を超えることさえありました^{[41] [42]} 大きな傾きの変化は、火星の多くの氷の多い地形を説明しています。

研究によると、火星の傾斜が現在の 25 度から 45 度に達すると、氷は極で安定しなくなることが示されています。^[43] さらに、この高い傾斜では、固体二酸化炭素 (ドライアイス) の貯蔵庫が昇華し、それによって大気圧が上昇します。この上昇した圧力により、より多くの塵が大気中に保持されるようになります。大気中の水分は雪または塵の粒子に凍った氷として降り注ぎます。計算によると、この物質は中緯度に集中します。^{[44] [45]} 火星大気の一般循環モデルは、氷を多く含む地形が見られるのと同じ領域に氷を多く含む塵が蓄積すると予測しています。^[42] 傾斜が低い値に戻り始めると、氷は昇華し (直接ガスに変化し)、塵のラグを残します。^{[46] [47]} ラグ堆積物は下にある物質を覆っているため、高い傾斜レベルの各サイクルで、いくらかの氷を多く含むマントルが残ります。^[48] 滑らかな表面のマントル層は、おそらく比較的最近の物質のみを表しています。

いくつかのタイプの地形は、おそらく土や岩の残骸が巨大な氷床を覆っているものと特定されています。^{[49] [50] [51] [52]} 同心円状のクレーター充填物（CCF）には、数十から数百の同心円状の尾根が含まれており、クレーター内の数百メートルの厚さの氷の堆積によって移動することで生じます。^{[53] [54]} 線状谷充填物（LVF）は、谷にある尾根の線です。^{[55] [56] [57]}これらの線は、他の氷河が谷を下るにつれて発達した可能性があります。これらの氷河のいくつかは、メサやビュートの周りの物質から形成されたようです。^{[58]これらの氷河は} 、ローブ状デブリエプロン（LDA）と呼ばれています。大量の氷を含むと考えられているこれらの地形はすべて、北半球と南半球の両方の中緯度で見つかります。^{[59] [60] [61]} これらの領域は、時々しわが寄っているため、フレッテッド地形と呼ばれることがあります。マーズ・グローバル・サーベイヤー（MGS）とMROのカメラの優れた解像度により、LDA、LVF、CCFの表面には、人間の脳の表面に似た複雑に絡み合った尾根があることがわかっています。幅の広い尾根はクローズドセル・ブレイン・テレインと呼ばれ、あまり一般的ではない狭い尾根はオープンセル・ブレイン・テレインと呼ばれます。^[62] 広いクローズドセル・テレインにはまだ氷の核が含まれており、それが最終的に消失すると、広い尾根の中心が崩壊してオープンセル・ブレイン・テレインの狭い尾根が形成されると考えられています。今日では、氷河のような形状、葉状のデブリエプロン、線状の谷の充填、同心円状の充填はすべて、同じ表面テクスチャを持つという点で関連していることが広く認められています。谷間の氷河のような形状や圏谷のような窪地は、他の形状と合体して葉状の堆積物エプロンを形成することがある。対向する葉状の堆積物が収束すると、線状の谷埋めが生じる^[63]

これらの特徴の多くは、北半球の火星二分法と呼ばれる境界の一部に見られます。火星二分法は主に東経0度から70度の間に見られます。^[64] このエリアの近くには、古代の名前にちなんで名付けられた地域があります：デウテロニルス・メンサエ、プロトニルス・メンサエ、ニロシルティス・メンサエ。

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  HiWish プログラムの HiRISE によって観測された、よく発達した空洞。空洞は、同心円状のクレーター充填物を持つクレーターの底にあります。場所はカシウス四角形です。
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  HiWish プログラムの HiRISE によって撮影された、同心円状のクレーター充填物を含むクレーター底のピットを含む亀裂を示すクローズアップ。場所はカシウス四角形です。
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  HiRISE が撮影したクラニス渓谷とヒプサス渓谷。尾根はおそらく氷河の流れによるものです。氷は薄い岩の層で覆われています。場所はイスメニウス湖の四角形です。
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  HiRISE で見たColoe Fossae線状の谷の盛り土。スケールバーの長さは500メートルです。場所はイスメニウス・ラクス四辺形。
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  HiWish プログラムの HiRISE で撮影された、イスメニウス湖四角形の線状の谷の埋め立て。
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  HiWish プログラムの HiRISE で撮影された、イスメニウス湖四角形の線状谷埋めのクローズ アップ ビュー
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  HiWish プログラムの HiRISE で撮影された、イスメニウス湖四角形の線状谷の充填のクローズアップ カラー画像
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  HiWish プログラムの HiRISE で観測された、線状の谷埋めを示す谷。線状の谷の流れは氷の動きによって発生します。場所はCasius 四角形です。
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  HiWish プログラムの HiRISE で撮影された、谷の線状の谷埋め。線状の谷の流れは、瓦礫で覆われた氷です。場所は、イスメニウス湖の四角形です。
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  HiWish プログラムの HiRISE で撮影された、線状の谷埋めのクローズアップ カラー画像
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  HiWish プログラムの HiRISE で撮影された、谷の線状の谷埋め。線状の谷の流れは、瓦礫で覆われた氷です。
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した、谷の線状谷充填 (LVF) のクローズ アップ画像。線状谷充填は、堆積物で覆われた氷です。画像の幅は約 1 km です。
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した、谷間の線状谷充填 (LVF) のクローズ アップ画像。線状谷充填は、堆積物で覆われた氷です。
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した、谷間の線状谷充填 (LVF) のクローズ アップ画像。線状谷充填は、堆積物で覆われた氷です。
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  HiWish プログラムの HiRISE で撮影された、谷の線状の谷埋め。線状の谷の流れは、瓦礫で覆われた氷です。
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した、谷の線状谷充填 (LVF) のクローズ アップ画像。線状谷充填は、堆積物で覆われた氷です。画像の幅は約 1 km です。
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  この一連の絵は、研究者が多くのクレーターが氷を多く含む物質で満たされていると考える理由を示しています。クレーターの深さは、観測された直径に基づいて予測できます。多くのクレーターはボウル型ではなく、ほぼ満杯です。そのため、衝突によって形成されて以来、多くの物質を獲得したと考えられます。余分な物質の多くは、雪や氷で覆われた塵として空から降ってきた氷であると考えられます。
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  メサの広域 CTX ビューには、ローブ状のデブリ エプロン (LDA) と線状の谷の充填が示されています。どちらもデブリで覆われた氷河であると考えられています。場所は、イスメニウス湖の四角形です。
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  メサの以前の CTX 画像から、葉状の破片エプロンのクローズアップ。画像は、オープンセル ブレイン テレインと、より一般的なクローズドセルブレイン テレインを示しています。オープンセル ブレイン テレインには、氷のコアが含まれていると考えられています。画像は、HiWish プログラムの HiRISE から取得されました。
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  HiWish プログラムの HiRISE で観測された、閉鎖セル脳地形。このタイプの表面は、葉状の破片のエプロン、同心円状のクレーター充填物、線状の谷充填物でよく見られます。
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  HiWish プログラムのもと、HiRISE で観察された開放型および閉鎖型の脳の地形。
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  CTX が撮影した、メサの周囲のローブ状のデブリ エプロン (LDA)。メサと LDA にはラベルが付けられており、その関係がわかります。レーダー調査により、LDA には氷が含まれていることが判明しており、将来の火星移住者にとって重要なものになる可能性があります。場所はイスメニウス湖の四角形です。
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した、ロベートデブリエプロン (LDA) のクローズアップ
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  メサとビュート、その周囲の葉状の岩屑のエプロン、線状の谷底を示す CTX の広域ビュー。場所は、イスメニウス湖の四角形です。
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した、メサ周辺のローブ状の破片のエプロン
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  HiWish プログラムの HiRISE が観測した、メサ周辺の葉状の破片エプロンのクローズアップ画像。ブレイン テレインが見える。
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  HiWish プログラムの HiRISE で見た線状谷埋め(LVF)のクローズアップ注: これは以前の CTX 画像の拡大です。

いくつかの氷河は山から流れ落ち、障害物や谷によって形作られ、一種の舌状をなしています。^[65]

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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した舌状氷河。氷河には、現在でも土の断熱層の下にある氷が存在している可能性があります。場所はヘラス四角形です。
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  HiWish プログラムで HiRISE が撮影した舌状の氷河。場所はパエトンティスの四角形です。
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した、火口の壁にある舌状の氷河の広角画像。氷河は大きさが異なり、高さも異なります。次の画像では、その一部が大きく拡大されています。
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  HiWish プログラムの HiRISE が観測した、前の画像の 2 つの氷河の先端のクローズアップ。これらは前の画像の左下にあります。
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した以前の画像からの小さな氷河のクローズアップ。これらの氷河のいくつかは、形成が始まったばかりのようです。
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  以前の画像からの広角ビューの下部にある氷河の 1 つの端のクローズアップ。写真は HiWish プログラムの下で HiRISE によって撮影されました。
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  HiWish プログラムの HiRISE が捉えた舌状氷河のクローズアップ。解像度は約 1 メートルなので、この画像では数メートル先にある物体を見ることができます。氷河には、今日でも土の断熱層の下にある氷が存在している可能性があります。場所はヘラス四角形です。
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  HiWish プログラムの HiRISE が捉えた、矢印で示された舌状氷河
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した氷河の先端のクローズアップ画像。中心の高い多角形が見えます。ボックスはフットボール競技場のサイズを示しています。
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した、氷河近くの高中心ポリゴンのクローズアップ画像
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  HiWish プログラムの HiRISE で見た、氷河近くの高い中心ポリゴンのクローズアップ画像。ボックスはフットボール競技場のサイズを示しています。
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した、氷河近くの高中心ポリゴンのクローズアップ画像
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  HiWish プログラムの HiRISE で観測された舌状の流れの広域画像
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  HiWish プログラムの HiRISE で撮影された舌状の流れのクローズアップ画像
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  HiWish プログラムの HiRISE で観測された、舌状の流れと多角形の地形 (ラベル付き) のクローズ アップ画像
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  HiWish プログラムの HiRISE で撮影された、舌状の流れの近くの多角形地形のクローズアップ画像

北スウェーデンの ヴェイキモレーンに似た丘陵地形がネレイドゥム山脈で発見された。この地形は火星の氷河が溶けてできたものだと推測されている。^[66]

火星のどの火山にも氷河が存在するという証拠は今のところない。

地球の南極地域に大規模な氷床が存在したという証拠は数多くある。^{[67] [68] [69] [70]氷の下に形成される}エスカー が多数発見されている。エスカーの塊はドルサ・アルジェンテア層を形成している。氷床の面積はテキサス州の2倍であった。^[71]

タルシス地域に過去に氷床が存在したという証拠も増えている。^{[72] [73] [74] [75] [76]} それはヘスペリアン後期のものであると考えられる。それが溶けたとき、北の海の形成に貢献した可能性がある。^{[77] [78] [79] [80]}

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  マーズ・グローバル・サーベイヤーの広角 MOC で撮影された、ドルサ・アルジェンテア層のエスカーであると考えられる尾根。白い矢印が尾根を指しています。

火星には中緯度の広い範囲にわたって岩石の堆積層の下に広大な氷河が隠れている。これらの氷河は、単純な生命体や将来の入植者にとって、この惑星の生命維持に必要な水の大きな貯蔵庫となる可能性がある。^[83]テキサス大学オースティン校のジョン・ホルトらによる研究では、調査された地形の1つはロサンゼルス市の3倍の大きさで、厚さは最大800メートルであり、他にも多数あることがわかった。^{[84] [85]}

氷河のような特徴のいくつかは、1970年代にNASAのバイキング探査機によって明らかにされました。それ以来、氷河のような特徴はますます高度な機器によって研究されてきました。マーズ・グローバル・サーベイヤー、マーズ・オデッセイ、マーズ・エクスプレス、マーズ・リコネッサンス・オービターからは、はるかに優れたデータが受信されています。

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  HIRISE が撮影した、モルー火口のモレーンとケトル ホール。場所は、イスメニウス湖の四角形です。
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  HiWish プログラムで HiRISE が観測した、マントルで覆われている状態と覆われていない状態の地表の様子。場所はPhaethontis 四角形のTerra Sirenumです。マントルは空から降ってきたもので、氷河の氷の主要な供給源である可能性があります。
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  HiWish プログラムの HiRISE が捉えた、谷から移動する氷河。場所はイスメニウス湖四角形です。
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  ランドサット 8 号が捉えた、地球の北極にあるローマー湖のエレファント フット氷河。この写真には、火星にある氷河だと考えられている多くの地形と同じ形をした複数の氷河が写っています。
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した、谷から流れ出る氷河。場所はモルー火口の縁。場所はイスメニウス湖の四角形。
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  左の写真の矢印は、氷河によって削られたと思われる谷を指しています。右の画像は、火星探査機マーズ・グローバル・サーベイヤーが撮影した、谷を大きく拡大した画像です。
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  エリダニア四角形内のクレーターにある峡谷と、おそらく古い氷河の残骸。ケプラー大クレーターの北側。右側の氷河と思われるものの 1 つは舌のような形をしている。この画像は、パブリック ターゲット プログラムのもと、マーズ グローバル サーベイヤーによって撮影された。
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  CTX が撮影した、イスメニウス湖四角形のメサ。メサには複数の氷河が侵食しています。HiRISE の次の 2 枚の画像では、氷河の 1 つがより詳細に表示されています。画像はイスメニウス湖四角形から。
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した氷河。長方形の領域は次の写真で拡大されています。上部に雪が積もっているゾーン。氷河は谷を下り、平野に広がっています。流れの証拠は、表面の多数の線から得られます。場所は、イスメニウス湖四角形のプロトニルス メンサエです。
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  前の画像の長方形の領域の拡大。氷河の末端モレーンと解釈されます。HiWish プログラムの HiRISE で撮影された写真。Ismenius Lacus 四角形からの画像。
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  流動地形または氷河の端の次の画像のコンテキスト。場所はヘラス四角形です。HiWish プログラムで HiRISE を使用して撮影された写真です。
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  前の画像のボックス内の領域のクローズアップ。氷河の末端モレーンと解釈されています。スケールとして、ボックスはサッカー場のおおよその大きさを示しています。画像は HiWish プログラムの HiRISE で撮影されました。場所はHellas 四角形です。
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  HiWish プログラムの HiRISE によって撮影された、デウテロニルス・メンサエの丘の上にある過去の氷河の端にある可能性のあるモレーン。
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  HiWish プログラムの HiRISE が捉えた、ヘラス平原の氷河圏谷の可能性がある。線はおそらく下降運動によるものと思われる。
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  HiRISE が HiWish プログラムで撮影した氷河。左側の氷河は、氷がかなり失われているため薄くなっています。一方、右側の氷河は厚く、土と岩の薄い層の下にまだ多くの氷が残っています。場所はヘラス四角形です。
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した氷河の残骸。Ismenius Lacus 四角形からの画像。
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  HiWish プログラムの HiRISE で撮影された、おそらく氷河。レーダー調査により、ほぼ完全に純粋な氷で構成されていることが判明しました。右側の高地 (台地) から移動しているように見えます。場所は、イスメニウス湖の四角形です。
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  HiRISEが見た支流の氷河。場所はイスメニウス・ラクス四辺形。
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  矢印は、HiWish プログラムの HiRISE によって観測された、おそらく氷河の下で形成されたドラムリンのような形状を指しています。形状の中には、氷河の下の液体の水がなければ形成されないものもあります。場所は、イスメニウス湖の四角形です。
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した、クレーター底の氷河。氷河の割れ目はクレバスの可能性があります。クレーター壁には溝システムもあります。場所はCasius 四角形です。
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  HiWish プログラムの HiRISE から見た氷河。場所はCasius 四角形です。
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  HiWish プログラムの HiRISE が捉えた、2 つの異なる谷を移動する氷河。場所はイスメニウス湖四角形です。
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  HiWish プログラムの HiRISE が捉えた、谷を下る流れの広域図。場所はIsmenius Lacus 四角形です。
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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した氷河の一部のクローズアップ画像。ボックスはサッカー場の大きさを示しています。場所はイスメニウス湖の四角形です。
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  HiWish プログラムの HiRISE で撮影された、氷河の動きによって生じた溝
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  HiWish プログラムの HiRISE が見たポリゴンのクローズアップ カラー ビュー。ポリゴンは氷の多い地面でよく見られます。

• 火星の氷 - ジム・セコスキー - 第 16 回国際火星協会年次大会
• https://www.youtube.com/watch?v=kpnTh3qlObk[T. Gordon Wasilewski - 火星の水 - 第20回国際火星協会年次大会] 地中の氷から水を得る方法を説明しています
• NASA のデジタル地形モデルに基づく、プロトニルス メンサエの氷河を上空から撮影した、ショーン ドランによる高解像度のビデオ。詳細はアルバムをご覧ください。
• ジェフリー・プラウト - 地下氷 - 第 21 回国際火星協会年次大会