Des chercheurs basés à des millions de kilomètres de Mars ont dévoilé de nouvelles preuves de la formation des caractéristiques contemporaines sur la planète rouge. Leurs expériences innovantes en laboratoire sur la sublimation au dioxyde de carbone (CO2) - le processus par lequel une substance passe d'un solide à un gaz sans phase liquide intermédiaire - suggèrent que le même processus est responsable de la modification de l'apparence des dunes de sable sur Mars.

La recherche a été dirigée par une équipe du Trinity College Dublin comprenant un doctorant à la School of Natural Sciences, Lauren Mc Keown, et Dr Mary Bourke, avec le professeur Jim McElwaine de l'Université de Durham. Leur travail, qui décrit des phénomènes différents de tout ce qui est vu sur Terre, vient de paraître dans le Rapports scientifiques .

Lauren Mc Keown a déclaré:"Nous avons tous entendu les extraits de nouvelles passionnantes sur les preuves de l'eau sur Mars. Cependant, le climat martien actuel ne supporte pas souvent l'eau à l'état liquide - il est donc important que nous comprenions le rôle d'autres substances volatiles qui modifient probablement Mars aujourd'hui."

"L'atmosphère de Mars est composée de plus de 95% de CO2, pourtant, nous savons peu de choses sur la façon dont il interagit avec la surface de la planète. Mars a des saisons, tout comme la Terre, ce qui veut dire qu'en hiver, une grande partie du CO2 dans l'atmosphère change d'état de gaz à solide et se dépose à la surface sous cette forme. Le processus est ensuite inversé au printemps, que la glace se sublime, et cette interaction saisonnière peut être un processus géomorphique vraiment important."

Le Dr Bourke a ajouté:"Il y a plusieurs années, j'ai découvert des marques uniques à la surface des dunes de sable martiennes. Je les ai appelées sillons de sable car ils étaient allongés et peu profonds, caractéristiques en réseau qui se sont formées et ont disparu de façon saisonnière sur les dunes martiennes. Ce qui était inhabituel chez eux, c'est qu'ils semblaient monter et descendre les pentes des dunes, qui a exclu l'eau liquide comme cause."

"À cette époque, j'ai proposé qu'elles aient été formées par cryo-ventilation - un processus par lequel le gaz CO2 sous pression sous le dépôt de glace saisonnier érode des motifs complexes à la surface des dunes lorsque la glace se fracture et libère le gaz dans des geysers de poussière et de gaz imposants. Je a été ravie lorsque Lauren a rejoint le Earth and Planetary Surface Process Group du département de géographie pour travailler sur ce phénomène avec Jim et moi-même. et ce travail publié est une étape importante pour fournir la preuve requise. »

Les chercheurs ont conçu et construit une chambre à faible humidité et placé des blocs de CO2 sur la surface granulaire. Les expériences ont révélé que la sublimation du CO2 peut former une gamme de morphologies de sillons similaires à celles observées sur Mars.

Les ravins linéaires sont un autre exemple de caractéristiques martiennes actives introuvables sur Terre. Ils sont longs, parfois sinueux, des sculptures étroites que l'on pense formées par des blocs de glace de CO2 qui tombent des bords des dunes et qui « glissent » vers le bas de la pente.

Lauren Mc Keown a déclaré :« La différence de température entre la surface sableuse et le bloc de CO2 va générer une couche de vapeur sous le bloc, lui permettant de léviter et de manœuvrer en descente, de la même manière que les rondelles glissent sur une table de hockey sur glace, creusant un canal dans son sillage. Au terminus, le bloc va sublimer et éroder une fosse. Il disparaîtra alors sans autre trace que la dépression à peu près circulaire en dessous."

"Alors que les ravins sur Terre sont généralement formés par de l'eau liquide, ils se terminent presque toujours par des tabliers de débris et non par des fosses. La présence de fosses conforte donc davantage une hypothèse selon laquelle les blocs de CO2 seraient responsables des ravines linéaires. »

En faisant glisser des blocs de glace carbonique sur le lit de sable dans la chambre à faible humidité, le groupe a montré que les blocs stationnaires pouvaient éroder la topographie négative sous forme de fosses et déposer des digues latérales. Dans certains cas, les blocs se sont sublimés si rapidement qu'ils se sont enfouis sous la surface et ont été engloutis par le sable en moins de 60 secondes.

Le professeur McElwaine a déclaré:"Ce processus est vraiment différent de tout ce qui se produit naturellement sur Terre - le lit semble fluidisé et le sable est projeté dans toutes les directions. Lorsque nous avons observé cet effet particulier pour la première fois, c'était un moment vraiment excitant."

En générant des modèles 3D du lit modifié dans chaque cas, les dimensions des fosses pourraient être utilisées pour prédire la gamme de tailles de blocs qui éroderaient les fosses observées sur Mars, dont le diamètre varie de 1 m à 19 m. Une fosse sur la mégadune du cratère Russell sur Mars a été observée en une année martienne dans une mesure prédite par ces calculs, suite à l'observation d'un bloc en son sein l'année précédente.

La prochaine phase des travaux, soutenu par le financement Europlanet Horizon 2020, will see the team head to the Open University Mars Chamber to assess the influence of Martian atmospheric conditions on these new geomorphic processes and test a numerical model developed by Professor McElwaine.