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Y a-t-il eu des glaciers sur Mars ? // Did glaciers exist on Mars ?

Une récente étude financée par le Programme National de Planétologie (CNRS, INSU) et le CNES a permis de mettre en évidence pour la première fois des vallées glaciaires et de cirques glaciaires datés de 3,6 milliards d’années sur Mars. Une approche morphométrique comparative entre la Terre et Mars a été utilisée  afin de caractériser l’origine des vallées anciennes. Ces paysages glaciaires anciens sur Mars sont similaires à ceux existant sur Terre. Ils ont pu être identifiés et préservés jusqu’à aujourd’hui par la forte empreinte morphologique qu’ils laissent dans le paysage martien.

L’étude explique que le climat primitif martien fait aujourd’hui débat parmi les chercheurs qui étudient cette planète. D’un côté, il y a la vision la plus acceptée, celle d’un Mars primitif chaud et humide, mis en avant par la géologie hydratée et les morphologies fluviatiles;  de l’autre côté, il y a le scénario d’un Mars primitif glacé et sec mis en avant par des modèles climatiques qui avancent l’idée d’un dépôt de glace à haute altitude.  Néanmoins cette vision est très souvent remise en question car aucun marqueur géomorphologique de ce supposé climat froid n’a été identifié jusqu’à ce jour.

C’est dans ce contexte que les géomorphologues Axel Bouquety, Antoine Séjourné, François Costard et Sylvain Bouley, du laboratoire Géosciences Paris Sud (GEOPS, CNRS/Université Paris-Saclay), et Denis Mercier, de l’Université de la Sorbonne, ont étudié les vallées présentes dans la région de Terra Sabaea dans l’hémisphère austral de Mars. (voir image ci-dessous).

C’est à partir d’une approche morphométrique innovante couplant les images de la caméra HRSC de la sonde Mars Express de l’ESA et les données topographiques qu’il a été possible de mettre en évidence la présence de morphologies glaciaires anciennes sur les hauts plateaux de l’hémisphère sud de Mars. En effet, les vallées martiennes étudiées présentent des caractéristiques morphométriques similaires aux vallées glaciaires alpines terrestres et sont différentes des vallées fluviatiles terrestres et martiennes. De plus, ces vallées glaciaires martiennes sont souvent surmontées par une tête de vallée, en forme d’amphithéâtre, qui présente des caractéristiques morphométriques très similaires aux cirques glaciaires terrestres. Les résultats de cette étude, publiée dans Geomorphology, démontrent pour la première fois, la présence d’un paysage glaciaire composé de vallées glaciaires associées à des cirques glaciaires daté d’il y a 3,6 milliards d’années.

Les auteurs suggèrent un climat froid aux hautes altitudes (supérieures à 1500 mètres) expliquerait la présence de la glace. Cette dernière a pu être stable et s’accumuler afin de former des glaciers qui ont façonné les paysages glaciaires observés dans cette étude. Un climat plus tempéré à des altitudes plus basses (moins de 1500 mètres) expliquerait la présence de l’eau liquide pour façonner les vallées ramifiées fluviatiles bien connue sur Mars. Sur Terre, il est fréquent de retrouver des endroits où la glace est stable à haute altitude mais instable à basse altitude pour former de l’eau liquide.

La découverte de formations glaciaires dans l’hémisphère sud de Mars va dans le sens de la thèse d’un climat primitif froid permettant à des glaciers d’exister à la surface de la planète il y a 3,6 milliards d’années.

Source : CNRS.

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A recent study funded by the National Program of Planetology (CNRS, INSU) and CNES allowed to highlight for the first time glacial valleys and glacial cirques that existed 3.6 billion years ago on Mars. A comparative morphometric approach between the Earth and Mars has been used to characterize the origin of ancient valleys. These ancient glacial landscapes on Mars are similar to those existing on Earth. They have been identified and preserved until today by the strong morphological imprint that they leave in the Martian landscape.
The study explains that the primitive Martian climate is now debated among researchers studying the planet. On one side, there is the most accepted vision, that of a primitive warm and wet Mars, put forward by hydrated geology and fluvial morphologies; on the other side, there is the scenario of a primitive cold and dry Mars, put forward by climatic models that advance the idea of ​​a high altitude ice deposit. Nevertheless this vision is very often questioned because no geomorphological marker of this supposed cold climate has been identified until today.
It is in this context that geomorphologists Axel Bouquety, Antoine Séjourné, François Costard and Sylvain Bouley, of the Geosciences Paris Sud laboratory (GEOPS, CNRS / Paris-Saclay University), and Denis Mercier, of the Sorbonne University, studied the valleys in the region of Terra Sabaea in the southern hemisphere of Mars.(see image below).
An innovative morphometric approach coupling images from the HRSC camera of the ESA Mars Express probe and the topographic data allowed to highlight the presence of ancient glacial morphologies on the plateaus of the southern hemisphere of Mars. In fact, the Martian valleys studied have morphometric characteristics similar to the terrestrial alpine glacial valleys and are different from the terrestrial and Martian river valleys. In addition, these Martian glacial valleys are often surmounted by an amphitheater-shaped valley head, which has morphometric characteristics very similar to terrestrial glacial cirques. The results of this study, published in Geomorphology, demonstrate for the first time the presence of a glacial landscape composed of glacial valleys associated with glacial cirques dated 3.6 billion years ago.
The authors suggest a cold climate at high altitudes (above 1500 metres) would explain the presence of ice. The latter could be stable and accumulate to form glaciers that shaped the glacial landscapes observed in this study. A more temperate climate at lower altitudes (below 1500 metres) would explain the presence of liquid water to shape the well-known riverine branched valleys on Mars. On Earth, it is common to find places where the ice is stable at high altitude but unstable at low altitude to form liquid water.
The discovery of glacial formations in the southern hemisphere of Mars is in line with the thesis of a primitive cold climate allowing glaciers to exist on the surface of this planet 3.6 billion years ago.
Source: CNRS.

Image de la planète Mars il y a 4 milliards d’années, basée sur des données géologiques. Le rectangle indique la zone d’étude. (Source:  Ittiz)

Histoire d’eau et de magma sur la planète Mars // About water and magma on Mars

Des scientifiques de l’Université d’Arizona ont expliqué en 2018 qu’il pourrait y avoir de l’eau liquide sous la calotte glaciaire du pôle sud de la planète Mars. Dans une nouvelle étude publiée début 2019 dans la revue Geophysical Research Letters, une autre équipe de chercheurs de la même université écrit que cette eau, si elle existait réellement, aurait besoin d’une source de chaleur souterraine pour devenir liquide.
Les auteurs de l’étude ont déclaré que cette chaleur résulterait probablement d’une activité volcanique souterraine relativement récente. Si cette hypothèse était confirmée, cela voudrait dire que Mars est une planète plus active d’un point de vue géologique qu’on le pensait auparavant. Les chercheurs ont ajouté qu’en l’absence d’activité volcanique récente, il était peu probable que de l’eau liquide soit présente sous les calottes de glace de la planète qui présentent une épaisseur de 2 km.
Sur Terre, on trouve souvent de l’eau liquide à la base des calottes glaciaires en raison du fait que la chaleur irradie de sous la surface et s’accumule, ce qui fait fondre la glace. Dans l’étude de 2018, publiée dans la revue Science, les chercheurs avaient présenté des données laissant supposer que l’eau liquide était susceptible d’exister sous la calotte glaciaire du pôle sud de Mars, mais l’étude n’avait pas fourni d’explications.
Pour déterminer ce qui pourrait expliquer la présence d’eau, les scientifiques ont d’abord supposé qu’elle existait, puis ils ont modélisé les propriétés physiques de la planète Mars. Comme la Planète Rouge dégage beaucoup moins de chaleur de son intérieur que la Terre, les scientifiques ont avancé différentes hypothèses  pour essayer d’expliquer la présence d’eau de fonte sous les calottes glaciaires.
Un premier modèle a suggéré que le sel pourrait être responsable de la fonte de la glace car le minéral abaisse de manière significative son point de fonte. Toutefois, les chercheurs ont constaté que cette solution ne serait pas suffisante pour maintenir l’eau liquide.
L’équipe scientifique a ensuite proposé une autre explication: la chaleur proviendrait d’une autre source, en particulier une chambre magmatique qui se serait formée sous la surface de Mars il y a environ 300 000 ans. Les chercheurs ont avancé l’hypothèse selon laquelle cette chambre magmatique aurait dégagé de la chaleur, ce qui aurait maintenu l’eau sous les calottes glaciaires.

La principale conclusion de l’étude repose sur le raisonnement «  si-alors »: SI l’eau existe, ALORS il doit y avoir une activité géologique récente dans le sous-sol pour fournir de la chaleur. SI cette approche est réaliste, ALORS cela signifie qu’une activité volcanique souterraine se produit encore sur la planète Mars, bien que la plupart des scientifiques pensent qu’il n’y a aucune preuve d’un volcanisme actif aujourd’hui, même si certaines études indiquent que des coulées de lave à la surface de la planète pourraient être apparues il y a seulement quelques millions d’années.
Il est important de savoir si Mars cache de l’eau liquide à sa surface car cela aura des implications importantes, à la fois pour les projets d’implantation de colonies de peuplement permanentes, mais aussi dans le cadre des recherches de vie sur la planète.
Source: Newsweek, University of Arizona.

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Scientists from the University of Arizona explained in 2018 that there might be liquid water deep below Mars’s southern polar ice cap. In a study published in the journal Geophysical Research Letters, another team from the same university wrote that this water, if it really existed, would require an underground source of heat to become liquid.

The authors of the paper said that this heat would likely result from relatively recent subterranean volcanic activity. If this hypothesis was confirmed, it would indicate that Mars is a more geologically active planet than previously believed. The researchers also noted that without any recent volcanic activity, liquid water was unlikely to be present below the planet’s 2-kilometre-thick ice sheets.

On Earth, liquid water is often found at the base of ice sheets because of the fact that heat radiates from below the surface and becomes trapped, which causes it to melt. Last year’s paper, published in the journal Science, presented data suggesting that liquid water could also be found below Mars’s southern ice sheet, although the study did not explain how it could exist there.

To work out what could be sustaining the predicted liquid water, the scientists first assumed it existed and then modelled Mars’s physical properties. Because the Red Planet has much less heat radiating from its interior than our own, the scientists proposed different ideas for what could be causing water to melt at the bottom of the ice sheets.

One model suggested that salt could be responsible because the mineral significantly lowers the melting point of ice. But the researchers found that this effect would not be sufficient to sustain the liquid water.

Next, the research team proposed another explanation: the heat was coming from another source, specifically, a chamber filled with magma that formed below the Martian surface around 300,000 years ago. The researchers suggested this could have been releasing heat, which kept the water at the bottom of the ice caps liquid.

However, the main conclusion of the study is really an if-then statement: If the water exists, then there must be recent geological activity in the subsurface that provided heat. If these suggestions are true, it could mean that underground volcanic activity may still be occurring on the planet today, despite the views of some scientists that it had largely stopped in relatively recent times. Most scientists think there is no evidence for active volcanism erupting onto the surface of Mars today, though some studies have suggested lava flows elsewhere on the surface could be as young as forming several million years ago.

The question of whether or not Mars hosts liquid water on the surface has significant implications both for plans to set up permanent settlements there and the search for life on the planet.

Source : Newsweek, University of Arizona.

Calotte glaciaire sur le pôle sud de la Planète Rouge (Crédit photo: NASA)

Pas d’éruption sur la planète Mars! // No eruption on Mars !

La semaine dernière, l’Agence Spatiale Européenne (ESA) a publié une photo prise par le Mars Express Orbiter. On peut y voir un nuage blanc, long de près de 1 600 kilomètres, qui semble sortir d’un immense volcan. En regardant ce nuage qui s’étire d’est en ouest près d’Arsia Mons, on peut se demander si le volcan, censé être en sommeil depuis environ 50 millions d’années, n’est pas en train d’entrer en éruption. Les astrophysiciens expliquent qu’il n’en est rien! Ce que l’on voit sur la photo n’est qu’un simple nuage météorologique.
Arsia Mons a une hauteur d’environ 20 kilomètres et une largeur de 430 kilomètres. A côté, le Mauna Loa (Hawaii), le plus grand volcan de la planète, a des allures de nain avec ses 10 km de hauteur et 120 km de large, immergés en grande partie sous l’eau de l’Océan Pacifique. Cependant, Arsia Mons n’est pas le plus grand volcan de la planète Mars. Il est dépassé en taille par Olympus Mons et ses quelque 21 km de hauteur qui en font le plus grand édifice du système solaire.
On peut affirmer que le nuage sur la photo n’est pas d’origine volcanique car un engin spatial aurait détecté une augmentation des émissions de méthane, de dioxyde de soufre et d’autres gaz émis pendant les éruptions. On a un exemple de l’influence de la topographie sur les conditions météorologiques. Les météorologues ont baptisé ce phénomène nuage orographique. On en observe souvent sur Terre, comme lors des fréquentes tempêtes dans les montagnes de la Sierra Nevada en Californie.
Ces nuages ​​se forment lorsque l’air chargé d’eau est soulevé au contact d’une montagne. L’air plus froid et moins épais ne peut pas retenir autant d’eau, ce qui pousse une partie de l’humidité à se condenser et à geler, formant ainsi des nuages. L’air sur Mars est beaucoup plus ténu que sur Terre, mais les règles de la physique météorologique s’y appliquent également.
Ce n’est pas la première fois que le phénomène est observé. En Inde, le Mars Orbiter a photographié un nuage semblable en 2015. Le mois dernier, la NASA a publié une image en fausses couleurs basée sur les données du Mars Odyssey ; elle révélait davantage de détails dans les nuages chargés de glace qui soufflent sur Arsia Mons.
Sources: ESA, New York Times.

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Last week, the European Space Agency (ESA) released a picture taken by its Mars Express Orbiter. It shows a long, white wisp, close to 1,600 kilometres long, spilling out of a giant volcano. Looking at the image of the cloud, stretching from east to west near Arsia Mons, one might wonder whether the volcano, thought to be dormant for some 50 million years, is about to erupt. Planetary scientists say it won’t ! What can be seen on the photo is just a cloud

Arsia Mons is about 20 kilometres high and 430 kilometres wide, dwarfing Mauna Loa, Earth’s largest volcano, which is only 10 km high and 120 km wide, and mostly underwater. Howecer, Aesia Mons is not the biggest volcano on Mars. Olympus Mons, is nearly 21 km tall and the largest in the solar system.

The cloud on the photo was clearly not a volcanic event, because spacecraft would have detected a rise in methane, sulphur dioxide and other gases that spill out of eruptions. Instead, this is an example of how topography affects weather. Meteorologists even have a term to describe this phenomenon: orographic lifting. “It happens on Earth a lot, like during storms that frequently break out in the Sierra Nevada mountains in California.

The clouds form when water-laden air is pushed upward along a mountain. Cooler, thinner air cannot hold as much water, causing some of the moisture to condense and freeze, forming clouds. The air on Mars is much thinner than on Earth, but the rules of weather physics also apply there.

This is not a novel occurrence. India’s Mars Orbiter captured a picture of a similar cloud in 2015. Last month, NASA released a false-color image based on data from the Mars Odyssey orbiter that captured more details in the ice-rich clouds blowing over Arsia Mons.

Sources : ESA, The New York Times.

Crédit photo: ESA

Des volcans boucliers sur la Lune? // Shield volcanoes on the Moon ?

L’avènement de nouvelles technologies de haute précision, comme la topographie haute résolution, a conduit les scientifiques à réexaminer des domaines et des processus admis jusqu’à présent, et à les interpréter parfois différemment. C’est le cas de la science qui entoure la Lune. La 42ème Conférence sur la Science Lunaire et Planétaire qui s’est tenue en novembre 2017 à Houston (Texas) a mis en lumière de nouvelles approches scientifiques sur l’histoire et les processus lunaires.
Les dernières études portent sur les volcans boucliers. Que ce soit Olympus Mons sur Mars (avec 600 kilomètres de large et 27 km de haut) ou ceux sur Vénus, les volcans boucliers ont toujours été considérés comme une expression du volcanisme sur tous les corps rocheux du système solaire; toutefois, la Lune faisait figure d’exception. Les volcans boucliers que l’on peut observer sur Terre varient de quelques kilomètres à plus de 200 km pour la Grande Ile d’Hawaï, si on considère les édifices hawaiiens jusqu’à leur base sur le fond de l’Océan Pacifique.
Les volcans boucliers présents sur Mars, Vénus et sur Terre semblaient absents sur la Lune. Avant que les astronautes d’Apollo 11 visitent le Mer de  la Tranquillité – Mare Tranquillitatis – en 1969, les scientifiques ont toujours interprétés ces étendues sombres – ou maria – sur la Lune comme des plaines dont la surface était le produit de l’activité volcanique. Beaucoup de ces caractéristiques volcaniques tendent à se regrouper dans les provinces concentrées à l’ouest.
Les roches qui composent les mers lunaires sont des basaltes, le type le plus commun de roches ignées observé dans le système solaire. Sur Terre, le magma qui les génère présente une très faible viscosité. Sur la Lune, les maria ont été formées à partir d’éruptions qui ont émis d’importants volumes de lave fluide qui se sont épanchés sur des centaines de kilomètres. Ici et là à l’intérieur de ces anciennes mers lunaires, on observe de nombreuses petites structures volcaniques qui étaient considérées auparavant comme la seule manifestation volcanique à partir d’une bouche centrale sur la Lune.
Lorsque la topographie de la Lune a été cartographiée pour la première fois grâce à l’altimétrie laser en 1994, on a distingué des ensembles de nombreux petits volcans présents sur des points élevés quasi-circulaires, avec un faible relief, et en forme de bouclier. Les scientifiques ont constaté que ces grandes ondulations topographiques sont constituées de lave basaltique et présentent des concentrations de structures volcaniques. Une telle structure sur Vénus ou Mars est classée comme volcan bouclier; par conséquent, ces structures semblables sur la Lune sont interprétées comme étant, elles aussi, des volcans boucliers. Sept de ces grandes structures ont été découvertes sur la Lune. Elles ont des diamètres de 66 à près de 400 kilomètres et de 600 à plus de 3200 mètres de hauteur. De telles tailles et formes rappellent fortement les grands volcans boucliers sur Terre, Vénus et Mars. Les pentes de ces volcans sont très faibles, généralement de quelques degrés, comme c’est le cas pour des structures façonnées par de la lave très fluide. Ces volcans boucliers lunaires présentent également des dômes et des cônes, ainsi que des caractéristiques d’effondrement que l’on rencontre sur les volcans boucliers terrestres.
Bien que les scientifiques restent persuadés que ces structures lunaires sont des volcans boucliers, cette nouvelle interprétation ne saurait être définitive. En effet, contrairement à la plupart des volcans boucliers sur les autres planètes, aucun des volcans boucliers lunaires n’a de caldeira. Il faut toutefois noter que de nombreux volcans de ce type, en particulier ceux de Vénus, ne montrent pas, eux non plus, de caldeira centrale. De plus, alors que la preuve de la présence de certains volcans boucliers sur la Lune, tels que les Marius Hills, est assez convaincante, la présence des autres n’est pas aussi claire. Le plus grand édifice identifié, le volcan bouclier de Cauchy, possède la forme topographique adéquate et montre de nombreux petits cônes, fractures et bouches éruptives, mais les données de mesure à distance laissent supposer que l’épaisseur de la lave dans la Mare Tranquillitatis est relativement mince, ce qui pourrait signifier le Cauchy n’est pas un amoncellement de lave aussi épais qu’à Marius Hills. Les scientifiques continuent de penser que le Cauchy est un volcan bouclier, mais reconnaissent que cette interprétation est provisoire et ils continueront à étudier ces structures énigmatiques pour mieux comprendre leur histoire.
Source: Air and Space.

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The advent of new, high-precision data (high resolution topography) has led scientists to re-examine areas and processes long thought understood and sometimes come to different interpretations. This is the case with lunar science.  The 42nd Lunar and Planetary Science Conference held in November 2017 in Houston highlighted new scientific findings about the history and processes of the Moon.

The latest studies are about shield volcanoes on the Moon. From the giant Olympus Mons shield on Mars (600 kilometres across and 27 km high) to the large volcanoes of Venus, shield-building was thought to be a common expression of volcanism on all rocky Solar System bodies; the Moon appeared to be a conspicuous exception. Earth’s shield volcanoes range in size from a few to more than 200 km for the Big Island of Hawaii, the extent of its base on the sea floor beneath the surface of the Pacific Ocean.
The large-scale shield volcanoes so prominent on Mars, Venus and Earth were believed to be absent on the Moon.  Before the Apollo 11 astronauts visited Mare Tranquillitatis in 1969, scientists understood that the dark seas – or maria – of the Moon were volcanic lava plains, surface features created by volcanic activity.  Many of these small volcanic features tend to be clustered in provinces concentrated on the western near side.
Rocks from the maria are basalts, the most common type of igneous rock in the Solar System.  On Earth, when such rocks are molten, the resulting magma has a very low viscosity. On the Moon, the maria formed as massive high-volume eruptions built up stacks from the thin, fluid flows which extended for hundreds of kilometres.  Scattered within the ancient maria are numerous small volcanic structures, previously believed to be the only manifestation of central-vent volcanism on the Moon.
When the Moon’s topography was mapped for the first time with laser altimetry in 1994, it showed clusters of many small volcanoes occurring on topographic highs that are quasi-circular, with low relief and shield-shaped. Scientists found that these large shield-shaped topographic swells are made of basaltic lava and display concentrations of volcanic features.  Such a structure found on Venus or Mars would be classified as a shield volcano; therefore, these features on the Moon are interpreted as shield volcanoes.  Seven of these large structures have been discovered on the Moon, ranging in size from 66 to almost 400 kilometres in diameter and from 600 to over 3200 metres in height.  Such sizes and shapes are very similar to large shields on Earth, Venus and Mars.  The average slopes on these volcanoes are very low, typically less than a few degrees, as would be expected for structures made from very fluid lava.  These lunar shields display abundant volcanic features, including domes and cones, and collapse features which are all common morphologies in terrestrial shield volcanoes.
Although scientists believe these features are shield volcanoes, this new interpretation is not without some difficulties.  Unlike most shield volcanoes on the other planets, none of the lunar shields has a caldera. However, many shields, especially those on Venus, likewise do not show central calderas.  Additionally, while evidence for some lunar shields such as the Marius Hills is pretty convincing, the evidence for others is not as clear.  The largest feature that was identified, the Cauchy shield, possesses the correct topographic shape and has numerous small cones, rilles, and vents on it, but remote sensing data suggest that the lava thickness in eastern Mare Tranquillitatis is relatively thin, which might mean that Cauchy is not a thick stack of lava as Marius appears to be.  Scientists still think that Cauchy is a shield volcano, but acknowledge that this interpretation is tentative and they will continue studying these enigmatic features to better understand their history.

Source: Air and Space.

Mauna Loa (Hawaii): un superbe exemple de volcan bouclier (Photo: C. Grandpey)

Vue du sommet du Mauna Loa (Crédit photo: USGS)