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Ice on Mars*

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

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Abstract

Ice unquestionably exists on Mars. Annual polar-region frost blankets are principally solid CO2, and perennial residual ice caps near each pole are probably water ice, except for a part of the north polar cap which may consist of a 1 km thick mass of solid CO2. Minor amounts of carbon-dioxide clathrate (CO2 · ≈ 6H2O) presumably accompany the solid CO2. The annual frost blankets may have a concentric banding with an outermost very thin layer of water frost, an intermediate narrow zone of clathrate, and a major central core of solid CO2.

Layered deposits and underlying homogeneous materials mantle large areas within both polar regions. These blankets are probably composed of dust, volcanic ash, or both, and possibly contain frozen volatiles. They may comprise the largest reservoir of water substance on the Martian surface.

Ground ice formed by the freezing of ascending de-gassed water substance may underlie the surface of Mars. Localized collapse of small areas may be due to ground-ice deterioration, and recession of steep slopes may have been caused by ground-ice sapping.

If liquid water ever existed in significant quantities on the Martian surface, intense frost shattering, widespread creep, and prolific development of patterned structures should have occurred because the thermal regimen of the surface is highly favorable to the freeze–thaw process. It is ineffective at present owing to the lack of liquid water.

No evidence suggests that the residual ice caps have ever acted like terrestrial glaciers in terms of erosion and deposition. Currently, they are too thin, too cold, and presumably frozen to their substrates. Their most important function is to buffer the atmosphere in terms of its H2O and CO2 content, thereby exerting a modifying influence on the surface environment of the entire planet.

L’existence de glace sur Mars ne fait pas de question. Les couvertures gelées annuelles des régions polaires sont essentiellement de la glace carbonique, et les calottes résiduelles pérennes près de chaque pôle sont probablement de la glace d’eau, excepté pour une partie de la calotte nord qui peut consister en une masse d’un kilomètre d’épaisseur de glace carbonique. Des quantités moindres de dioxide clathrate (CO2 · ≈ 6H2O) sont présumées accompagner la glace carbonique. Les couvertures gelées annuelles peuvent présenter des bandes concentriques avec à l’extérieur un très mince niveau d’eau gelée, une zone intermédiaire étroite de clathrate, et un noyau central principal de glace carbonique.

Des dépôts stratifiés et des matériaux sous-jacents homogènes recouvrent de larges surfaces à l’intérieur des deux régions polaires. Ces couvertures sont probablement composées de poussières, de cendres volcaniques ou des deux, et contiennent peut-être des produits volatiles gelés. Ils peuvent contenir la plus grande réserve d’eau à la surface de Mars.

De la glace de sol, formée par le gel de substances aqueuses montant sous forme gazeuse, peut recouvrir la surface de Mars. Des effondrements localisés de petites surfaces peuvent être dues à la dislocation par le gel du sol, et la réduction de pentes fortes peuvent avoir été causées par le travail de sape du gel du sol.

Si l’eau liquide a autrefois existé en quantités significatives à la surface de Mars, il a dû se produire une intense gélifraction des glissements généralisés, et un développement abondant des formes caractéristiques en raison du régime thermique de surface, hautement favorable au processus gel–fusion. Ce processus est actuellement inopérant par défaut d’eau liquide.

Il n’y a pas de preuves suggérant que les calottes résiduelles aient jamais travaillés comme les glaciers terrestres par érosion et dépôt. Normalement, ils sont trop peu épais, trop froids et probablement gelés jusqu’au sous-sol. Leur fonction la plus importante est de réguler l’atmosphère du point de vue de son contenu en eau et en gaz carbonique, exerçant par là une influence, modifiant l’environnement de la surface de la planète tout entière.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Zweifellos gibt es auf dem Mars Eis. Die jährlichen Frostdecken der Polarregionen sind hauptsächlich festes CO2; die ständigen Resteiskalotten in der Nähe jedes Pols hingegen enthalten wahrscheinlich Wassereis, mit Ausnahme eines Teils der nördlichen Polkappe, der aus einer 1 Kilometer dicken Masse von festem CO2 bestehen dürfte. In Verbindung mit dem festen CO2 tretan vermutlich geringere Mengen von Kohlendioxydklathrat (CO2 · ≈ 6H2O) auf. Die jährlichen Frostdecken dürften konzentrisch geschichtet sein mit einer äussersten, sehr dünnen Lage aus Wassereis, einer schmalen Zwischenschicht aus Klathrat und einem grösseren Kern aus festem CO2.

Geschichtete Ablagerungen sowie darunterliegende homogene Materialien bedecken grosse Bereiche innerhalf beider Polarregionen. Diese Decken sind wahrscheinlich aus Staub und vulkanischer Asche, eventuell kombiniert, zusammengesetzt und enthalten möglicherweise flüchtige Stoffe in gefrorenem Zustand. Sie dürften das grösste Wasserreservoir auf der Marsoberfläche darstellen.

Unter der Oberfläche des Mars könnte sich Bodeneis befinden, das sich durch Gefrieren von aufsteigenden, entgasten Wassermengen gebildet hat. Lokal begrenzte Einbrüche kleiner Gebiete dürften durch Zerfall des Bodeneises, die Rezession steiler Hänge durch Unterwanderung mit Bodeneis verursacht sein.

Falls jemals flüssiges Wasser in nennenswerten Mengen auf der Marsoberfläche existierte, dann sind sicherlich starke Frostspengungen, weiträumige Kriecherscheinungen und reich entwickelte Strukturböden aufgetreten, da der Wärmehaushalt der Oberfläche den Prozess des Gefrierens und Tauens sehr begünstigt. Er ist derzeit infolge des Mangels an flüssigem Wasser unwirksam.

Es gibt keine Anzeichen dafür, dass die verbliebenen Eiskappen hinsichtlich Erosion und Ablagerung sich jemals wie Gletscher auf der Erde verhalten hätten. Gegenwärtig sind sie zu dünn, zu kalt und wahrscheinlich an ihren Untergrund festgefroren. Ihre wichtigste Funktion besteht darin, die H2O- und CO2-Anteile der Atmosphäre zu steuern und dadurch die Oberflächenverhältnisse des gesamten Planeten mässigend zu beeinflussen.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1974
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Fig. 1. Photo-mosaic of residual south polar cap on Mars near end of ablation season. Maximum diameter approximately 400 km. (Courtesy of M. C. Malin and J. J. van der Woude.)

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Fig. 2. Residual north polar cap of Mars. Central meridian passes vertically through center of photograph, and dark dot one-third from top is approximate location of north pole. Maximum diameter about 1000 km.

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Fig. 3. Photograph of layered deposits in south polar region at lat. 74.6° S., long. 229.8° W. Evenly spaced dark dots are riseau marks on vidicon. Grooving in lower left is attributed to eolian erosion. Width of photograph roughly 55km.

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Fig. 4. Map showing Martian months per Martian year during which temperature fluctuates daily across freezing point of water (12 mo. = 12 Martian months = 1 Martian year).