האם אפשר להאריץ את מאדים?

חיי אדם על מאדים היו מאז ומתמיד נושא פופולרי במדע הבדיוני. בחלק מהסיפורים הללו עבר כוכב הלכת הַאֲרָצָה, תהליך ששינה את האטמוספרה שלו כדי ליצור תנאי מחייה ואקולוגיה דומים לאלו שאנו מכירים בכדור הארץ ומתאימים להתיישבות אנושית.

בתהליך הזה מייצרים תנאים שמאפשרים למים להיות יציבים במצב צבירה נוזלי. התנאים כוללים טמפרטורה גבוהה מטמפרטורת הקיפאון (קרוב לאפס מעלות צלזיוס) ונמוכה מטמפרטורת הרתיחה (100 מעלות צלזיוס תחת לחץ של אטמוספרה אחת). בנוסף צריך לחץ אוויר מספיק גבוה על מנת שהמים יישארו יציבים במצב נוזלי. הלחץ הזה נע בין 0.5 ל-5 אטמוספרות של כדור הארץ.

לחץ האטמוספרה במאדים עומד כיום על כ-6 פסקל, כלומר כ-0.6 אחוז בלבד מהלחץ האטמוספרי בכדור הארץ. הטמפרטורה על פני השטח נעה בין 143 מעלות צלזיוס מתחת לאפס בקטבים בחורף לקצת מעל 0 מעלות בקו המשווה בשעות הצהריים. הלחץ והטמפרטורה הנמוכים לא מאפשרים למים להיות במצב נוזלי, כך שהם עוברים מיד ממצב צבירה של קרח לאדים ולהפך (המראה ורִבּוּץ בהתאמה).

למרות זאת, ראיות בשטח מעידות שבעבר זרמו מים נוזליים על פני השטח של כוכב הלכת, כפי שאפשר לראות על פי קיומם של דלתאות, ערוצי נחל וסלעי משקע. היות שכך, ברור שבעבר לחץ האוויר והטמפרטורה במאדים היו גבוהים יותר: אחת הסברות היא שהאטמוספרה הייתה אז סמיכה יותר ויצרה אפקט חממה שחימם את פני השטח. תומכות בכך מדידות של יחסים בין איזוטופים שמעידות כי חלק ניכר מהאטמוספרה נפלט לחלל עם השנים. המדידות מעלות ש-90-50 אחוז מהפחמן הדו-חמצני במאדים, לדוגמה, ברח לחלל.

הדרך להארצה

מאמר שפורסם לאחרונה סוקר את האפשרות להארצה של מאדים. הרעיון הוא לשנות את הרכב האטמוספרה שלו כדי להעלות את הלחץ והטמפרטורה. הגזים האפשריים הנמצאים על מאדים כיום בכמות משמעותית למטרה הזאת הם פחמן דו-חמצני ואדי מים, שיוצרים שניהם אפקט חממה. אולם בטמפרטורה הממוצעת במאדים מעט מאוד אדי מים יכולים להימצא באטמוספרה בלי להתעבות לקרח, כך שמוטב להתמקד בהגדלת כמות הפחמן דו-חמצני באוויר המאדים.

כדי לאפשר את קיומם של מים נוזליים יציבים על פני השטח נצטרך פחמן דו-חמצני בכמות מספקת כדי ליצור לחץ שווה ערך ללחץ אטמוספרי בכדור הארץ, כלומר כ-1 בר. זה ידרוש שינוי משמעותי לעומת הלחץ האטמוספרי הנוכחי במאדים, שעומד על כ-6 מיליבר.

מקור אחד לפחמן דו-חמצני יכול להימצא בקטבים. כיפת הקרח בקוטב הצפוני של מאדים מורכבת בעיקר מקרח ומעט אבק, ומתכסה בחורף בשכבת קרח יבש דקה העשויה מפחמן דו-חמצני, שמתאדה לאטמוספרה בקיץ. גם כיפת הקרח בקוטב הדרומי מכילה קרח ואבק, אך שם חלק משכבת הקרח היבש הדקה אינו נעלם בקיץ. בנוסף, נתוני מכ"ם מראים שבבסיס כיפת הקרח הדרומי יש עוד מאגר קטן של קרח יבש. אם נמיס את כל הפחמן הדו-חמצני, הוא ייטמע באטמוספרה, ונגיע ללחץ של כ-12 מיליבר, כלומר כ-1.2 אחוז מהלחץ הרצוי.

גם מים וגם פחמן דו-חמצני יכולים להסתפח לגרגירים בקרקע, והכמות שאפשר לספוח תלויה בשטח הפנים של הגרגיר ולכן בצורתו ובגודלו. בזלת, לדוגמה, יכולה לספוח מעט יחסית, והמינרל פלגוניט יכול לספוח כמות גז גדולה פי שבעה מאשר מבזלת. שני המינרלים נפוצים במאדים ואנחנו נבחר להשתמש בפלגוניט. בהנחה שרק פחמן דו-חמצני מסתפח למינרל ושעובי שכבת הפלגוניט הוא כ-80 מטר, אם נשחרר את כל הפחמן הדו חמצני שקשור למינרלים ונפלוט אותו לאטמוספרה נגיע ל-40 מיליבר פחמן דו-חמצני. התקדמות משמעותית, אך אנחנו עדיין נמצאים רחוק מיעדנו.

הצעד הבא יהיה לחפש מינרלים מבוססי פחמן דו-חמצני הנקראים קרבונטים. בכדור הארץ הרבה מהפחמן הדו-חמצני מוטמע בסלע הגיר, המורכב בעיקר מהמינרל קלציט - אחת הצורות הנפוצות של קרבונט. אותו מינרל מרכיב גם את השלד החיצוני של יצורים ימיים רבים, למשל צדפות.

בעבר סברו שיש במאדים מצבורי קרבונט גדולים, אולם לאחר חיפושים ומדידות רבות שעשו לוויינים ורכבי שטח לא נמצאו הרבה מישורים של קרבונטים. מישור הקרבונט הגדול ביותר נקרא Nili Fossae, ואם נמיס אותו הוא ייצור לחץ נוסף של כ-0.25 מיליבר באטמוספרה. לפי הערכות, סך הקרבונטים במאדים, כולל אלה שקבורים קרוב לפני הקרקע, יאפשרו תוספת של כ-12 מיליבר ללחץ האטמוספרי.

אז מה היה לנו שם?

כעת אנו יכולים לסכם את כל המאגרים הזמינים יחסית של פחמן דו-חמצני. נקבל 64 מיליבר: 6 שקיימים כבר כעת, עוד 6 מהקטבים, 40 מיליבר פחמן דו-חמצני מסופח ו-12 מיליבר מהקרבונטים. הגענו בסך הכול ל-6.4 אחוז מהלחץ הדרוש. אומנם להלכה אפשר לקיים מים נוזליים גם בלחץ אוויר נמוך, אבל בפועל הם לא יישארו יציבים במצב נוזלי לאורך זמן על פני הקרקע, במהלך המחזורים היומיים והעונתיים, ועל כן הלחץ הנדרש הוא כ-1 בר.

המקורות הזמינים הנוספים לגזי חממה במאדים אינם רבים. פחמן דו-חמצני יכול להיפלט למשל גם מפעילות וולקנית, אולם בקצב הנוכחי של הפעילות הגעשית בכוכב הלכת יידרשו עשרה מיליוני שנים לצבור 6 מיליבר נוספים של גז באטמוספרה. אנחנו מחפשים פתרונות מהירים יותר.

האם כמות הפחמן הדו-חמצני שציינו אכן תחמם מספיק את מאדים? מודלים מראים ש-20 מיליבר יחממו את פני השטח ב-8-7 מעלות, וזה כמובן מעט מדי; ההערכות מדברות על הצורך בחימום של 60 מעלות בממוצע, אם לא למעלה מכך.

החישובים האלה מתבססים על הטכנולוגיה הקיימת כיום ואינם לוקחים בחשבון טכנולוגיה עתידית ומקורות נוספים לפחמן דו-חמצני שאינם ידועים לנו כעת. האם בעתיד בני האדם יתהלכו על פני מאדים? ייתכן שכן, אבל הם ייאלצו כנראה להשתמש במערכות תומכות חיים.