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La característica más llamativa de Marte es un marcado contraste, conocido como la dicotomía marciana , entre los hemisferios sur y norte. La geografía de ambos hemisferios difiere en elevación entre 1 y 3 km. El espesor medio de la corteza marciana es de 45 km, con 32 km en la región de tierras bajas del norte y 58 km en las tierras altas del sur.
El límite entre las dos regiones es bastante complejo en algunos lugares. Un tipo distintivo de topografía se llama terreno irregular . [1] [2] [3] Contiene mesetas, protuberancias y valles de fondo plano con paredes de aproximadamente una milla de altura. Alrededor de muchas de las mesetas y protuberancias hay plataformas de escombros lobuladas que se ha demostrado que son glaciares de roca . [4] [5] [6] [7]
Numerosos valles de gran tamaño formados por la lava que brotó de los volcanes de Marte rompen con esta dicotomía. [8] [9] [10] [11]
El límite dicotómico marciano incluye las regiones llamadas Deuteronilus Mensae , Protonilus Mensae y Nilosyrtis Mensae . Las tres regiones han sido estudiadas extensamente porque contienen accidentes geográficos que se cree que fueron producidos por el movimiento del hielo [12] [13] o paleolitorales cuestionados como formados por erosión volcánica. [14] En la zona de transición Terra Cimmeria – Nepenthes Mensae , el límite dicotómico se caracteriza por un escarpe con un relieve local de unos 2 km y depresiones cerradas interconectadas con tendencia NO-SE al pie de la dicotomía probablemente relacionadas con la tectónica extensional . [15]
Las tierras bajas del norte comprenden aproximadamente un tercio de la superficie de Marte y son relativamente planas, con tantos cráteres de impacto como el hemisferio sur. [16] Los otros dos tercios de la superficie marciana son las tierras altas del hemisferio sur. La diferencia de elevación entre los hemisferios es dramática. Se han propuesto tres hipótesis principales para el origen de la dicotomía de la corteza: endógena (por procesos del manto), de impacto único o de impacto múltiple. Ambas hipótesis relacionadas con el impacto implican procesos que podrían haber ocurrido antes del final del bombardeo primordial, lo que implica que la dicotomía de la corteza tiene sus orígenes tempranos en la historia de Marte.
Un único megaimpacto produciría una depresión circular muy grande en la corteza. La depresión propuesta se ha denominado Cuenca Borealis . Sin embargo, la mayoría de las estimaciones de la forma de la zona de tierras bajas producen una forma que en algunos lugares se desvía drásticamente de la forma circular. [17] Procesos adicionales podrían crear esas desviaciones de la circularidad. Además, si la cuenca Borealis propuesta es una depresión creada por un impacto, sería el cráter de impacto más grande conocido en el Sistema Solar. Un objeto de ese tamaño podría haber golpeado Marte en algún momento durante el proceso de acreción del Sistema Solar.
Se espera que un impacto de tal magnitud hubiera producido un manto de material eyectado que debería encontrarse en áreas alrededor de las tierras bajas y generar suficiente calor para formar volcanes. Sin embargo, si el impacto ocurrió alrededor de 4,5 Ga (mil millones de años atrás), la erosión podría explicar la ausencia del manto de material eyectado pero no podría explicar la ausencia de volcanes. Además, el megaimpacto podría haber dispersado una gran parte de los escombros en el espacio exterior y en todo el hemisferio sur. La evidencia geológica de los escombros proporcionaría un apoyo muy convincente a esta hipótesis. Un estudio de 2008 [18] proporcionó investigación adicional hacia la teoría del único impacto gigante en el hemisferio norte. En el pasado, el rastreo de los límites de impacto se complicó por la presencia de la elevación volcánica de Tharsis . La elevación volcánica de Tharsis enterró parte del límite de dicotomía propuesto bajo 30 km de basalto. Los investigadores del MIT y del Laboratorio de Propulsión a Chorro del CIT han podido utilizar la gravedad y la topografía de Marte para delimitar la ubicación de la dicotomía debajo de la elevación de Tharsis, creando así un modelo elíptico del límite de la dicotomía. La forma elíptica de la cuenca Borealis contribuyó a la hipótesis del impacto único en el norte [19] [20] como una reedición de la teoría original [21] publicada en 1984.
Sin embargo, esta hipótesis ha sido refutada por una nueva hipótesis de un impacto gigante en el polo sur de Marte con un objeto grande que fundió el hemisferio sur de Marte, que, después de la recristalización, forma una corteza más gruesa en relación con el hemisferio norte y, por lo tanto, da lugar a la dicotomía de la corteza observada. [22] Esto también puede haber activado el campo magnético del planeta. [23] El descubrimiento de doce alineaciones volcánicas proporciona evidencia de esta nueva hipótesis. [11] Inicialmente, el tamaño estimado del cuerpo impactante requerido para este escenario era del tamaño de la Luna, [24] [25] pero investigaciones más recientes favorecen un proyectil más pequeño, de 500 a 750 km de radio. [26]
Se cree que los procesos tectónicos de placas podrían haber estado activos en Marte al principio de la historia del planeta. [27] Se sabe que la redistribución a gran escala del material de la corteza litosférica es causada por los procesos tectónicos de placas en la Tierra. Aunque todavía no está completamente claro cómo los procesos del manto afectan a la tectónica de placas en la Tierra, se cree que la convección del manto está involucrada en forma de células o penachos. Dado que los procesos endógenos de la Tierra aún no se han entendido completamente, el estudio de procesos similares en Marte es muy difícil. La dicotomía podría crearse en el momento de la creación del núcleo marciano. La forma aproximadamente circular de las tierras bajas podría entonces atribuirse a un vuelco de primer orden en forma de penacho que podría ocurrir en el proceso de rápida formación del núcleo. Hay evidencia de eventos tectónicos impulsados internamente en las cercanías del área de las tierras bajas que claramente ocurrieron al final de la fase de bombardeo temprano.
Un estudio de 2005 [28] sugiere que la convección del manto de grado 1 podría haber creado la dicotomía. La convección del manto de grado 1 es un proceso convectivo en el que un hemisferio está dominado por un afloramiento, mientras que el otro hemisferio está hundido. Parte de la evidencia es la abundancia de extensas fracturas y actividad ígnea desde finales del Noé hasta principios del Hesperiano . Un contraargumento a la hipótesis endógena es la posibilidad de que esos eventos tectónicos ocurrieran en la cuenca Borealis debido al debilitamiento de la corteza posterior al impacto. Para respaldar aún más la hipótesis del origen endógeno, se necesita evidencia geológica de fallas y flexiones de la corteza antes del final del bombardeo primordial.
Sin embargo, la falta de tectónica de placas en Marte debilita esta hipótesis. [29] [30]
La hipótesis de los impactos múltiples se sustenta en la correlación de los segmentos de la dicotomía con los bordes de varias cuencas de impacto de gran tamaño. Pero hay grandes partes de la cuenca Borealis fuera de los bordes de esas cuencas de impacto. Si las tierras bajas marcianas se formaron por las múltiples cuencas, entonces sus eyecciones internas y bordes deberían estar por encima de las elevaciones de las tierras altas. Los bordes y los mantos de eyección de los cráteres de impacto de las tierras bajas todavía están muy por debajo de las áreas de las tierras altas. También hay áreas en las tierras bajas que están fuera de cualquiera de las cuencas de impacto; estas áreas deben estar cubiertas por múltiples mantos de eyección y deberían estar a elevaciones similares a la superficie planetaria original. Claramente, ese tampoco es el caso. Un enfoque para explicar la ausencia de mantos de eyección infiere que nunca hubo eyección. [31] La ausencia de eyección podría deberse a un gran impactador que dispersó la eyección en el espacio exterior. Otro enfoque propuso la formación de la dicotomía por enfriamiento en profundidad y carga de la corteza por vulcanismo posterior. La hipótesis de impacto múltiple también es estadísticamente desfavorable: es poco probable que las cuencas de impacto múltiple ocurran y se superpongan principalmente en el hemisferio norte.
La atmósfera de Marte varía significativamente entre los hemisferios norte y sur, tanto por razones relacionadas como no relacionadas con la dicotomía geográfica.
Más visiblemente, las tormentas de polvo se originan en el hemisferio sur con mucha más frecuencia que en el norte. El alto contenido de polvo en el norte tiende a ocurrir después de que tormentas excepcionales en el sur se conviertan en tormentas de polvo globales. [32] Como consecuencia, la opacidad (tau) suele ser mayor en el hemisferio sur. El efecto de un mayor contenido de polvo es aumentar la absorción de la luz solar, lo que aumenta la temperatura atmosférica.
El eje de rotación de Marte, como el de muchos otros cuerpos, precesa durante millones de años. En la actualidad, los solsticios casi coinciden con el afelio y el perihelio de Marte. Esto hace que un hemisferio, el sur, reciba más luz solar en verano y menos en invierno, y por lo tanto temperaturas más extremas, que el norte. Si a esto le sumamos la excentricidad mucho mayor de Marte en comparación con la Tierra y una atmósfera mucho más delgada en general, los inviernos y veranos australes son más amplios que en la Tierra.
La circulación de Hadley de Marte está desfasada de su simetría respecto de su ecuador. [33] Cuando se combina con la mayor amplitud estacional del hemisferio sur (véase más arriba), esto da como resultado "las sorprendentes asimetrías hemisféricas norte-sur de los inventarios atmosféricos y de agua residual de la capa de hielo de Marte", "así como la actual asimetría norte-sur de los albedos estacionales de la capa de hielo". La atmósfera de Marte es actualmente "una bomba no lineal de agua hacia el hemisferio norte de Marte". [34]
Mapa interactivo de la topografía global de Marte . Pase el cursor Tu ratónsobre la imagen para ver los nombres de más de 60 características geográficas destacadas y haga clic para acceder a ellas. Los colores del mapa base indican elevaciones relativas , según los datos del altímetro láser Mars Orbiter en el Mars Global Surveyor de la NASA . Los blancos y marrones indican las elevaciones más altas (+12 a +8 km ); seguido de rosas y rojas (+8 a +3 km ); el amarillo es0 km ; los verdes y azules son elevaciones más bajas (hasta−8 km ). Los ejes son latitud y longitud ; se indican las regiones polares .