火星現象論: 火星大気の水循環

地球流体電脳倶楽部

1996 年 12 月 12 日

目次

• 大気中の水蒸気量の観測結果
• 観測結果の解釈
• 参考文献

概要:

火星大気中の水循環

大気中の水蒸気量の観測結果

バイキング探査によって大気中の水蒸気量が観測されている. 実際にはバイキングの周回船から, 水蒸気による太陽放射の吸収を測定することで 得られる. 図1 に東西平均した単位鉛直コラムあたりの水蒸気量 (単位は可降水量(pr $\mu$m))の季節変化を示す. $L_{s}$=0 が北半球の春の始めに対応する(「火星現象論: 火星の基本的数字」参照).

• はじめはほぼ一様な分布を持つ. 春($L_{s}$=0)から夏($L_{s}$=90)にかけて, 北半球 60-80${}^{\circ}$N で増加 しはじめる. $L_{s}$=120 で北半球の季節極冠は完全に消失した. 温度は 150K（CO2蒸発）から200K（水も蒸発）まで上昇し, 極付近の大気中水分は 100 pr $\mu$m を越え観測期間中最大値を記録した.
• 中緯度 (30-60${}^{\circ}$N) でも増加する. 増加は極域よりも長く続く.
• $L_{s}$=140 以降徐々に減少する. $L_{s}$=180(秋の始まり)で北半球の夏に生じた水分は消え, 再び一様な分布になる.
• 秋から春への間の変化は少ない. 南の季節極冠は完全には消失しなかった.

図1 東西平均した単位鉛直コラムあたりの水蒸気量(単位: 可降水量(pr $\mu$m)) の季節変化. 両極付近の実曲線より極側では日射がない. 矢印はダストストームの期間を示す (Jaksoky and Haberle, 1992; Carr, 1996, 図2-1).

観測結果の解釈

図1 のような水の挙動は, いくつかの貯蔵庫間の交換で理解される(図2).

• 春から夏にかけて, 北半球の表土及び極冠から大気へ水蒸気が供給される. 一部は南半球の大気中に交換され, 南極付近で凝結する.
• 秋から冬にかけて, 北半球で再び極冠・地面に戻る. 南半球の極では凝結が続く(量は不明). 南半球から北半球への輸送も考えられる.

中緯度でも増加は主に極からの輸送によると考えられる. しかし Haberle and Jalosky (1990) のモデルによれば輸送だけで 中緯度の増加をまかなうことはできない. 表土から出てきた分も考慮する必要がある.

バイキング探査の年が一般的な場合で南極冠に CO${}_{2}$ の極冠が残るなら, 南極には半永久的に水がたまっていく. しかし, たまたまそのような年であった可能性もある. 地上観測からは両半球の夏で同様の水蒸気量が観測される(Barker, et al., 1970). これは年によっては南の CO${}_{2}$ 極冠が消え, 氷の極冠が露出することを 意味する.

正味どちらの半球に水が輸送されているのかは, 今も結論が出ていない. (1)バランスしている(Davis, 1981), (2)南から北へ輸送される(James, 1985), (3)北から南へ輸送される(Jakosky and Haberle, 1990), というような意見がある. いずれにしても正味の輸送量は小さい.

図2 水循環の模式図 (Jaksoky and Haberle, 1992; Carr, 1996, 図2-2).

参考文献

Barker, E.S., Schorn, R.A., Woszczyk, A., Tull, R.G. and Little, S.J., 1970 : Mars: Detction of water vapor during the southern hemisphere spring and summer season, Science, 170, 1308-1310.

Carr, M.H., 1996: Water on Mars, Oxford Univ.Press, 229pp.

Davis, D.W., 1981: The Mars water cycle, Icarus, 45, 398-414.

Haberle, R.M. and Jakosky, B.M., 1990: Sublimation and transport of water from the north residual polar cap on Mars, J. Geophys. Res.,95, 1423-1437.

Jakosky, B.M. and Haberle, R.M., 1992: The seasonal behavior of water on Mars, Mars (Kieffer,H.H. et al., eds.), University of Arizona Press, Tucson, pp.969-1016.

James, P.B., 1985: The Mars hydological cycle: Effects of CO${}_{2}$ mass flux on global water disribution, Icarus, 64, 249-264.

謝辞

本稿は 1996 年に東京大学地球惑星物理学科で行われていた, 固体火星セミナーでのセミナーノートがもとになっている. 小高正嗣によって地球流体電脳倶楽部版「火星現象論」 として書き直された (1996/12/12). 構成とデバッグに協力してくれたセミナー参加者のすべてにも 感謝しなければならない.

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