Original paper
Environmental change of planet Mars demonstrated by landforms
Tricart, Jean L. F.
Zeitschrift für Geomorphologie Volume 32 Issue 4 (1988), p. 385 - 407
22 references
published: Dec 23, 1988
ArtNo. ESP022003204000, Price: 29.00 €
Abstract
Investigations on Mars Landforms carried out by geomorphologists are few, contrasting with the numerous papers written by geophysicists, who have been too much influenced by the “Moon Model”, although conditions are quite different on the Moon and on Mars. This is the reason for which only a few authors have recognized the former importance of flowing water in landform shaping. The present paper presents arguments putting emphasis on a Pluvial Period which occurred in the old times of Mars history. It can be subdivided by two generalized aggradational events, whose deposits have a planetary distribution. After the first one, a cold spell allowed the formation of glaciers even at low latitudes. Climate turned again sufficiently wet and mild during a shorter time after this glaciation, of which Mawrth Vallis is an excellent example. But, soon, temperature lowered, rainfalls ceased and, after a short Transitional Period, Mars environment turned to be the present one. The specific landforms of the Transitional Period are pingo-like ridges and “cauliflower” craters. Presently, morphogenesis on Mars is deficient. VIKING-Landers observations demonstrated that eolian activity had been much overestimated. Mars is, presently, a dead planet. These drastic environmental changes are explained, above all, by the small dimensions of Mars, which result in a light weight, so that its newtonian attraction is weak. During the Transitional Period, the gaseous molecules of Mars atmosphere escaped from the Planet and lost themselves in the Outer Space. The reasons for a different environment during older times are the following: 1) During the end of the accretion period and soon after, Mars was affected by numerous impacts of comets (which contain H2O) and of big meteorites. The kinetic energy of these impacts has been degraded into warmth, which has vaporized the H2O molecules of the rocks of both Mars crust and of meteorites. An atmosphere, perhaps not very different of the terrestrian one has been created. 2) Later, internal dynamics of Mars resulted in volcanism, probably originated by radionuclear decay, as on Earth. This volcanism has been alternatively effusive and explosive, the latter predomining with time. Degazing of magma probably “replenished” the primitive atmosphere and compensed the escape of molecules towards the Outer Space. This volcanism is presumed as having resulted in greenhouse effect, through CO2 SO2 H2O molecules and aerosols (dust). But, for the reduced volume of Mars, magma could not be very abundant and volcanism ceased after a time. No replacement of the molecules escaped towards the Outer Space was more possible. Both reasons are the result of the small volume and mass of Mars. They did that, after a period which was rather similar to what happened on the Earth during the Archaean, the evolution diverged completely. Topographies some billion (s) years old are magnificently conserved on Mars when they have completely disappeared on Earth excepted where they have been fossilized under sediments.
Kurzfassung
Im Gegensatz zu den zahlreichen geophysikalischen Arbeiten, die trotz der stark voneinander abweichenden Bedingungen auf Mond und Mars oft allzusehr vom „Mond-Modell“ beeinflußt wurden, existieren von geomorphologischer Seite nur wenige Abhandlungen über die Oberflächenformen des Mars. Deshalb erkannten nur wenige Autoren die Bedeutung des fließenden Wassers für die Landschaftsformung. Die vorliegende Arbeit stellt Argumente vor, die mit Nachdruck auf eine „Pluvialzeit” in der älteren Marsgeschichte hinweisen. Sie kann durch zwei einschneidende Formungsergebnisse untergliedert werden, deren Ablagerungen planetenweite Verbreitung haben. Nach dem ersten Einschnitt erlaubte eine Kaltphase den Aufbau von Gletschern selbst in niedrigen Breiten. Auf diese Vereisung folgten für eine kürzere Zeit wieder recht feuchte und milde Klimabedingungen, für die „Mawrth Vallis“ ein ausgezeichnetes Beispiel ist. Bald aber kam es zu einem Absinken der Temperatur bei zunehmender Trockenheit, und nach einer kurzen „Übergangsphase“ gingen die Umweltbedingungen auf dem Mars in die heutigen über. Die typischen Landformen der Übergangsperiode sind pingo-artige Rücken und „Blumenkohl“-Krater. Heute herrscht auf dem Mars Formungsruhe. VIKING-Aufnahmen zeigten, daß die äolische Aktivität weit überschätzt wurde. Der Mars ist heute ein toter Planet. Diese gravierenden Veränderungen der Umweltbedingungen auf dem Mars werden vor allem mit dessen geringer Größe erklärt, die sich in geringem Gewicht und damit schwacher Anziehungskraft niederschlägt. Während der Übergangsphase gingen die Gasmoleküle der Marsatmosphäre dem Planeten verloren und veschwanden im interplanetarem Raum. Als Gründe für die andersartigen Umweltbedingungen in der älteren Geschichte können angenommen werden: 1) Am Ende der Akkretionsperiode und noch kurz danach gab es auf dem Mars zahlreiche Impakte von wasserhaltigen Kometen und großen Meteoriten. Die kinetische Energie dieser Impakte wurde in Wärme umgewandelt. Durch die Erwärmung verdampften die im Gestein sowohl der Marskruste als auch der Meteoriten eingebundenen Wassermoleküle. Damit entstand eine möglicherweise der Erdatmosphäre ähnliche Atmosphäre. 2) Später führte die endogene Dynamik des Mars zu Vulkanismus, der, wie auch auf der Erde, wahrscheinlich durch radioaktiven Zerfall verursacht wurde. Dieser Vulkanismus war abwechselnd effusiv oder explosiv, wobei letzterer im Laufe der Zeit überwog. Die Entgasung von Magma füllte wahrscheinlich die ursprüngliche Atmosphäre wieder auf und glich den Molekülverlust an den interplanetaren Raum wieder aus. Man nimmt an, daß dieser Vulkanismus durch Abgabe von CO2-, SO2-, H2O-Molekülen und Aerosolen (Staub) einen Treibhaus-Effekt hatte. Wegen des geringen Marsvolumens war die Masse des Magmas allerdings begrenzt, und die vulkanische Aktivität endete nach einiger Zeit. Ein Ersatz des in den interplanetaren Raum übergehenden Stoffs war damit nicht mehr möglich. Die vorstehend angeführten Gründe ergeben sich aus dem geringen Volumen und der kleinen Masse des Mars. Wegen dieser beiden Faktoren entwickelte sich der Mars nach einer Periode großer Übereinstimmung mit der Erdgeschichte während des Archaikums in völlig anderer Weise weiter. Einige Milliarden Jahre alte Oberflächenformen sind auf dem Mars bestens erhalten, während sie auf der Erde völlig verschwunden sind, es sei denn, sie wurden unter jüngeren Sedimenten fossilisiert.
Résumé
Peu de géomorphologues se sont intéressés au relief de Mars. L’étude de Mars a souffert d’avoir été conduite en fonction d’un “Modèle Lunaire”, qui a eu pour effet de transposer mécaniquement à Mars ce qu’on savait sur la Lune grâce à des observations faites tant sur la Lune elle-même que sur Terre sous la forme de l’analyse d’échantillons lunaires. Or, il apparaît de plus en plus que Mars diffère fortement de la Lune et que ses caractéristiques actuelles (pas d’eau, très faible pression atmosphérique, températures fortement négatives) ont été précédées par des conditions qui étaient tout autres. Après son individualisation, Mars a connu une assez longue période où les eaux courantes on joué un rôle déterminant dans la morphogénèse. C’est la Période Pluviale. Les Vieilles Formes on été disséquées par des vallées en V formant des réseaux qui atteignent le 3° ordre, parfois un ordre plus élevé. Au cours de la Période Pluviale, le volcanisme s’est manifesté par des alternances d’émissions effusives (laves basaltiques, résistantes) e explosives (phyroclastique, cendres surtout), celles-ci devenant progressivement prédominantes. Une tectonique de distension, avec ouverture de fossés, dont certains énormes (Margaritifer Sinus, plus de 3.000 km de long), et basculement de blocs a accompagné le volcanisme. Deux remblaiements importants, que l'on trouve dans presque toutes les dépressions de la Planète, ont fossilisé la partie inférieure des vallées. Ils ne peuvent provenir que du ciel et sont vraisemblablement formé de cinérites, plus ou moins remaniés par les eaux. Vers la fin de la Période Pluviale, un refroidissement a eu lieu, durant lequel se sont formés, même aux basses latitudes, des glaciers importants, notamment dans Mawrth Vallis. Après une courte période de réactivation des écoulements fluviaux, le froid et la sécheresse se sont installés. Au cours de cette Période de Transition, avant que le pergélisol ne devienne profond, se sont construites des rides dans certaines vallées, par ségrégation de glace, a la manière des pingos en système ouvert (Rides-pingos). Ensuite, la morphogénèse a été très ralentie, la surface de Mars s'est, en quelque sorte, figée. Les astroblèmes se font de plus en plus rares et petits et les enregistrements des deux VIKING-Landers ont montré que les actions éoliennes étaient actuellement des plus faibles, alors qu'on leur avait attribué, auparavant, une énorme importance. La différence fondamentale entre Mars et la Terre vient du faible volume de Mars. Tandis que la Terre a conservé une dense atmosphére, riche en oxygéne, Mars a une attraction gravitaire insuffisante pour retenir la sienne, qui s'est échappée vers l'Espace interplanétaire. Dans sa période ancienne, non datable actuellement, Mars a possédé une atmosphère assez dense pour permettre des températures au dessus du gel et assez riche en vapeur d'eau pour que des pluies, au moins sporadiques, alimentent des cours d'eau, et, parfois, des glaciers. A l'origine, cette atmosphère semble résulter des impacts de comètes et de météores, qui ont libéré, en la vaporisant leur eau propre (comètes) et celle des roches (croûte de Mars, météores). Ensuite, une période de volcanisme actif a relayé cet effet astronomique. Le dégazage volcanique et les émissions de poussières auraient provoqué un effet de serre, qui a prolongé la Période Pluviale jusqu'à ce que, du fait de la faible dimension même de Mars, le volcanisme s'arrête. La fuite des molécules gazeuses vers l'Espace a alors rapidement fait disparaître cette atmosphère. Le climat actuel s'est installé. Mars est devenue une planéte morte, ou se conservent des formes de relief dont l'âge dépasse le plus souvent le milliard d'années.
Keywords
landform • glacier • atmosphere • aerosol • sediment • magma • meteorites • Fluvial Period • Transitional Period • Outer Space • Mars