Eis am Südpol - Polygone und "Spiders"

Die Polkappen des Mars sind Gegenden, für die es auf der Erde keinerlei Entsprechungen gibt. Aufgrund der in den Polarnächten viel tieferen Temperaturen im Vergleich zur Erde friert hier das Kohlendioxid der Atmosphäre in Form von Trockeneis aus und bildet weite Ebenen von Wassereis ( H2O), einem Gemisch aus Wassereis und Trockeneis (H2O + CO2), sowie reinem Trockeneis (CO2). Die Trockeneisebenen sind wohl das für Menschen fremdeste Terrain, das es auf dem Mars gibt, denn es gibt keine Erfahrungswerte für das Aussehen und die Konsistenz dieser "Fremdweltbereiche" von der Erde. Außerdem führt dieses Ausfrieren am jeweils anderen Pol dazu, dass dort der Luftdruck sinkt, weil große Mengen der Atmosphäre vom gasförmigen in den festen Zustrand übergehen. Die Größenordnung dieses Effektes hat Phoenix zum ersten Mal quantitativ an seinem Landeort in Nordpolnähe bestimmt.

Mit das Merkwürdigste in diesen Eisebenen sind die zu Beginn des Frühjahrs, wenn die Sonne sich langsam über den Horizont erhebt, erscheinenden dunklen Fächer in der bis dahin makellosen Trockeneisfläche, deren Entstehung erst durch die modernen Hochauflösungsaufnahmen der neueren Marsraumschiffe geklärt werden konnte: das ausgefrorene Trockeneis ist teilweise durchsichtig und gibt den Blick auf die darunter liegenden Schichten frei, die aus weiteren Eisschichten, aber auch aus Sand und Staub bestehen können. Sobald die Sonne zu Beginn des Frühlings in Polnähe wieder sichtbar wird, steigen die Temperaturen hier rapide an und die dunklen, unter der Eisschicht liegenden Sandflächen erwärmen sich schneller als die hellen Eisflächen darüber. In diesen Bereichen wird es lokal eng begrenzt so warm, dass das Trockeneis explosionsartig vom festen in den gasförmigen Zustand wechselt. Dies geht einher mit aus kleinen Löchern plötzlich durch den Druck des ausströmenden Gases hervorschiessenden Sandfontänen der tieferliegenden Schichten. Diese werden von den im Frühjahr durch die wegsublimierenden Trockeneisflächen vom Pol wegzeigenden Winden verweht und lagern sich in Form von dunklen Fächern auf der weissen, umliegenden Eisfläche ab. Da die Windrichtungen recht häufig spontan wechseln, je nach Lage der Eisflächen, die vom festen in den gasförmigen Zustand übergehen, wechseln die Ablagerungsrichtungen der Sandfontänen recht häufig und ergeben die in den folgenden Fotos dieser Seite sichtbaren Muster.

Staubausbrüche in der polaren TrockeneisflächeDas nebenstehende Bild zeigt, wie solche explosionsartigen Auswürfe auf der Marsoberfläche aussehen könnten. Die durch sie aus dem Orbit sichtbar werdenden dunklen Bereiche in der Trockeneisfläche sind in der Regel zwischen 15m und 45m groß und entstehen zu Beginn des Marsfrühlings in den gemäßigten polaren Breiten. Sie sind einige Monate lang sichtbar und verschwinden mit dem Rückzug des Eises in Richtung zu den Permanenteiskappen hin vollständig. Dieser Prozess ist voller Dynamik. Bleiben einige Flächen über 100 und mehr Tage makellos weiss, so bilden sich innerhalb weniger Tage plötzlich hunderte solcher Flecken, die einige Dutzend Tage bestehen bleiben, um schliesslich mit dem Rückzug des Eises zu verschwinden.

Eine solche Gegend wäre für den Menschen zu dieser Zeit höchst ungemütlich. Berechnungen über die Temperaturwechsel, die damit zusammenhängenden Gasdichten und sich daraus ergebenden Drücke und Geschwindigkeiten zeigen, dass hier Gas- und Staubfontänen mit Geschwindigkeiten bis zu 160 km/h plötzlich mehrere Hundert Meter in die Höhe schiessen können. Es muss in diesem Gelände während des Marsfrühlings beständig grummeln und grollen und für einen Beobachter auf der Marsoberfläche ähnlich wie bei einem Erdbeben sein - mit allen für diesen negativen Begleiteffekten. Ein Astronaut täte gut daran, sich zu dieser Zeit nicht hier aufzuhalten !

Die Bilder sind in der Originalveröffentlichung "Release 22" des HiRise Operation Centersenthalten: "Dust Fans on the Seasonal Carbon Dioxide Polar Cap". Im folgenden sind einige hochaufgelöste Bilder dieser fantastischen Alien-Landschaft zu sehen, wie sie von Mars Reconaissance Orbiter in bisher nie gekannter Hochauflösung abgebildet worden sind:

Abb. 1: Übersichtsbild der Südpolregion am 01. April 2007. Das Zentrum dieses Bildes ist zentriert bei -85.4° Höhe und 104.1° östliche Länge, aufgenommen aus einer Höhe von 264.4 km um 20:08 Uhr lokaler Marszeit am Aufnahmeort. Die höchste Auflösung ist 30 cm pro Pixel. Die Sonne bescheint die Szenerie von links aus Westen mit einer Höhe von etwa 80° über dem Horizont. Rechts unten ist der Rand der auch im Sommer beständigen Südpolkappe des Mars zu sehen.

Im Folgenden einige hochaufgelöste Ausschnitte des obigen Bildes, die Details bis zu 70 cm Durchmesser in allen Details zeigen:
 
Abb. 2: "Alienwelt". Eine solche Landschaft gibt es auf der Erde nicht. Zu sehen sind Staubausbrüche in der Trockeneisoberfläche in Polnähe, die durch heftig wehende Winde über mehrere Dutzend Meter fächerartig verweht worden sind. Die Trockeneisoberfläche ist einige Meter dick und sieht bizzar und "aderähnlich" aus. An der Stelle des Staubausbruchs ist die Eisfläche aufgerissen und zeigt den darunter liegenden Sandboden. Klicken auf eines der Bilder liefert jeweils eine vergrößerte Ansicht, die Bildauflösung der gezeigten gleichen Gegend steigt von links nach rechts.
Abb. 3: Ein anderer Ausschnitt dieser bizarren Landschaft. Rechts sieht man einen kleineren Fächer, der zwei Ausbrüche bei jeweils unterschiedlichen Windrichtungen erlebt hat. Dies hat zu zwei in verschiedenen Richtungen liegenden Staubfächern geführt. Klicken auf eines der Bilder liefert jeweils eine vergrößerte Ansicht, die Bildauflösung der gezeigten gleichen Gegend steigt von links nach rechts.
Abb. 4: Ein bis dahin staubfreier Bereich der polaren Trockeneisfläche. Der Boden ist polygonartig strukturiert und unter dem Eis bilden sich unter Überdruck stehende spinnenförmige Bereiche aus, in denen das Trockeneis bereits gasförmig ist. Die Staubfontänen scheinen sich in Senken der Eisfläche zu bilden, wo naturgemäß die Eisdicke besonders gering über dem Sandboden ist und bei schon geringfügigen Temperaturänderungen explosionsartig aufbrechen kann. Klicken auf eines der Bilder liefert jeweils eine vergrößerte Ansicht, die Bildauflösung der gezeigten gleichen Gegend steigt von links nach rechts.
   
Abb. 5: Hochauflösungsaufnahmen an drei anderen Stellen, die die tiefen Furchen an den Eisaufbrüchen besonders eindrucksvoll zeigen. Die Aufbrüche sind bis zu 5m tief und für einen Beobachter auf der Oberfläche wäre dies ein ungemütlicher und höchst gefährlicher Ort. Der Druck des vom festen in den gasförmigen Zustand wechselnden Trockeneises läßt Staubfontänen von mehreren hundert Metern Höhe entstehen ! Im rechten Bild ist ein ganzer Bereich von etwa 80m x 30m flächig eingebrochen, als sich dort das CO2 einen Weg nach außen gesucht hat.

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