De l’eau de fonte aurait pu creuser les vallées d’une ancienne Mars froide et glacée

De nouvelles recherches pourraient combler le fossé entre deux idées concernant le climat de l’ancienne Mars : l’histoire “chaude et humide” issue de la géologie martienne et le passé “froid et glacé” des modèles atmosphériques.

Image d’entête : la vallée martienne, Nanedi Valles, d’environ 800 kilomètres située dans la région de Xanthe Terra, au sud-ouest de la plaine Chryse Planitia. (ESA/ DLR/ FU Berlin/ G. Neukum)

Cela fait un certain que les scientifiques essayent de savoir à quoi ressemblait l’ancienne Mars, mais la planète rouge a offert des indices mitigés. Les vallées et les lits de lacs sculptés par l’eau laissent peu de doute que celle-ci a coulé à sa surface. Mais les modèles climatiques de Mars à ses débuts suggèrent que les températures moyennes autour du globe sont restées bien en dessous du point de congélation.

Cette nouvelle étude montre que c’est plausible, même si Mars était généralement gelé, les températures quotidiennes maximales en été auraient pu passer au-dessus du point de congélation, juste assez pour causer la fonte des bords des glaciers. Les chercheurs de l’université Brown (États-Unis) concluent que cette eau de fonte, produite en quantités relativement faibles année après année, aurait pu être suffisante pour sculpter les caractéristiques observées sur la planète aujourd’hui.

Par le passé, des glaciers pourraient s’être formés à la surface de Mars, fournissant de l’eau de fonte durant l’été pour créer les caractéristiques que nous observons aujourd’hui.
(NASA/ Caltech/ JPL/ UTA/ UA/ MSSS/ ESA/ DLR/ Koji Kuramura/ John W. Holt)

Ashley Palumbo, doctorante à l’université Brown, qui a dirigé l’étude, précise que la dynamique du climat trouvée sur Terre a inspiré cette recherche.

Selon M. Palumbo :

Nous voyons cela dans les vallées sèches de l’Antarctique, où la variation saisonnière de la température est suffisante pour former et maintenir les lacs, même si la température annuelle moyenne est bien en dessous du point de congélation. Nous voulions voir si quelque chose de similaire pourrait être possible pour l’ancienne Mars.

Les vallées sèches de McMurdo, Antarctique. (NASA/ Wikipédia)

Les chercheurs ont commencé avec un modèle climatique à la fine pointe de la technologie pour Mars, qui suppose une ancienne atmosphère composée en grande partie de dioxyde de carbone (tel qu’elle l’est aujourd’hui). Le modèle produit généralement une jeune Mars froide et glacée, en partie parce que la production d’énergie du soleil est considérée comme beaucoup plus faible au début de l’histoire du système solaire.

Les chercheurs ont utilisé le modèle avec de nombreux paramètres et variables qui auraient pu être importants il y a environ 4 milliards d’années, lorsque les réseaux de vallées sur les plateaux du sud de la planète se sont formés.

De vastes réseaux de vallées traversant les hautes plateaux du sud de Mars. (NASA/ JPL-Caltech/ Université d’État de l’Arizona)

Alors que les scientifiques s’accordent généralement à dire que l’atmosphère martienne était plus épaisse par le passé, on ne sait pas exactement à quel point elle l’était. De même, alors que la plupart des chercheurs s’accordent à dire que l’atmosphère était principalement composée de dioxyde de carbone, de petites quantités d’autres gaz à effet de serre étaient également présentes. Ainsi, Palumbo et ses collègues ont exécuté le modèle avec diverses épaisseurs atmosphériques plausibles et des quantités supplémentaires de gaz à effet de serre.

On ne sait pas non plus exactement qu’elles étaient les variations de l’orbite de Mars, il y a 4 milliards d’années, alors les chercheurs ont testé une série de scénarios orbitaux plausibles. Ils ont essayé différents degrés d’inclinaison de l’axe, qui influencent la quantité de lumière reçue par les latitudes supérieure et inférieure ainsi que différents degrés d’excentricité, l’amplitude de l’orbite de la planète autour du soleil, ce qui peut amplifier les variations des températures saisonnières.

Le modèle a produit des scénarios dans lesquels la glace recouvrait la région près de l’emplacement des réseaux de vallées. Et tandis que la température moyenne annuelle de la planète dans ces scénarios restait bien au-dessous du point de congélation, le modèle a produit des températures d’été maximales dans les plateaux du sud qui ont dépassé le point de congélation.

Pour que ce mécanisme puisse expliquer les réseaux de vallées, il doit produire le bon volume d’eau pendant la durée de sa formation et l’eau doit s’écouler à la surface à des débits comparables à ceux requis pour creuser une vallée. Il y a quelques années, Jim Head, professeur au département des sciences de la terre, de l’environnement et des sciences planétaires de l’université Brown et son collègue Eliot Rosenberg, a publié une estimation de la quantité minimale d’eau nécessaire pour sculpter les vallées.

En utilisant cela comme guide, avec des estimations des taux de ruissellement nécessaires et de la durée de la formation du réseau de vallées à partir d’autres études, Palumbo a montré que les modèles dans lesquels l’orbite martienne était très excentrique correspondaient effectivement à ces critères. Ce degré d’excentricité requis est bien dans la gamme des orbites possibles de Mars il y a 4 milliards d’années, selon Palumbo.

Ensemble, les résultats de Palumbo offrent un moyen de concilier les preuves géologiques de l’eau qui coule sur Mars à ses débuts avec les preuves atmosphériques d’une planète froide et glacée.

Selon Head :

Ce travail ajoute une hypothèse plausible pour expliquer la façon dont l’eau liquide aurait pu se former au début de Mars d’une manière similaire à la fonte saisonnière qui produit les cours d’eau et les lacs que nous observons lors de nos travaux dans les Vallées sèches de McMurdo. Nous explorons actuellement d’autres mécanismes de réchauffement potentiels, y compris le volcanisme et la cratérisation d’impact, qui pourraient également contribuer à la fonte d’une Mars froide et glacée.

Ainsi, bien que le travail ne clôture pas le débat “froide et glacée” versus “chaude et humide”, cela plaide en la faveur qu’une Mars, principalement gelée, soit une possibilité.

L’étude publiée dans la revue Icarus : Late Noachian Icy Highlands climate model: Exploring the possibility of transient melting and fluvial/lacustrine activity through peak annual and seasonal temperatures et présentée sur le site de l’université Brown :  Study shows how water could have flowed on ‘cold and icy’ ancient Mars